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锂离子电池技术实现新突破 工作温度可低至零下70摄氏度

   2023-12-06 中国能源报卢奇秀47300
核心提示:新型铝基锂离子电池已实现储能、动力等多个应用领域的规模化量产

如何提高锂离子电池的温度适应性能,一直是行业研究的热点和难点。近日,在第25届中国国际高新技术成果交易会上,一款由中国科学院深圳先进技术研究院(以下简称“深圳先进院”)最新研发的新型锂离子电池,可经受“冰火两重天”考验,引发业内关注。

深圳先进院副研究员张帆向《中国能源报》记者介绍,团队历时10年研发,现已量产出我国首款宽温域、低成本、长寿命的电芯产品——新型铝基锂离子电池,其最低工作温度可达零下70摄氏度,最高工作温度可达零上80摄氏度。

据了解,受材料限制,传统锂离子电池的充电工作温度在0摄氏度至45摄氏度、放电工作温度在零下20摄氏度至零上60摄氏度。在低温环境中,传统锂离子电池会出现容量衰减、循环寿命缩短、充电困难等问题。而我国幅员辽阔,气温随地域和季节变化较大,传统锂离子电池使用范围容易受到限制。

“与市场上低温承受下限在零下20摄氏度左右的电池相比,新型电池工作温度范围更广、低温性能更好、成本更低。”张帆表示,“新型铝基锂离子电池既抗冻又耐热,产品高低温性能、循环寿命、安全性能等各项指标均已通过第三方权威机构检测,并于今年5月实现量产。”

新型锂离子电池究竟“新”在何处?据张帆介绍,主要是在负极材料和电解液方面做文章。传统锂电池负极通常采用石墨类材料,具有循环稳定性好、低成本优势,但同时存在比容量低、扩散速度较慢的缺点。基于此,深圳先进院研发出一种新型铝基复合负极材料,通过与商用锂电池正极材料匹配,针对不同应用场景研发相应电解液体系,成功开发出新型铝基-磷酸铁锂电芯、铝基-锰酸锂电芯、铝基-钴酸锂电芯和铝基-三元电芯等超宽温域电池产品。

张帆指出,新型铝基锂离子电池还具有低温充电、长续航、快充等优势。在低温充电性能上,新型铝基电池产品实现了零下30摄氏度低温正常充电;在续航性能上,得益于铝基负极材料高理论容量,电池能量密度较传统锂离子电池提升13%-25%,能做到长续航。此外,由于铝基复合负极优异的导电性能,产品还能实现20分钟充满电,为半小时充电需求提供了解决方案。

在价格方面,与目前主流的锂离子电池相比,新型铝基锂离子电池价格高5%-10%。但对比目前市场上其他低温电池产品,基于材料选择,新型铝基锂离子电池成本则可以降低10%-30%。

“安全方面,传统锂离子电池在过充或低温条件下容易产生锂枝晶,可能刺穿隔膜,带来电池短路等隐患。而新型铝基负极在过充或低温条件下能有效缓解锂枝晶的产生,提高安全性。”张帆说。

不过,虽然新型铝基锂离子电池理论优势明显,但其应用还有待市场验证。

“新型铝基锂离子电池容量还有进一步提升空间。电池容量提升会导致铝出现膨胀粉化问题,稳定性会有所下降。”有业内人士指出,如何平衡容量和循环寿命的关系,是下一代新型铝基锂离子电池研发攻关的重点工作。

针对适用场景,张帆表示,新型铝基锂离子电池可以应用于光伏储能、家庭储能、通讯基站储能、轨道交通、航天航空、极地科考等领域,尤其在高寒地区等细分市场独具优势。

张帆指出,新型铝基锂离子电池已实现储能、动力等多个应用领域的规模化量产,并在我国东北等地的分布式储能领域开展应用示范。但他同时坦言,整体来看,新型铝基锂离子电池还处于市场推广阶段。“目前在四川广元市已启动超宽温域电芯和模组制造基地项目,一期产能0.2GWh,预计明年正式投产,二期产能2GWh,以快速推动新型铝基锂离子电池产品的应用推广。”

 
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