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科技成果

Achivements

高鎳梯度鋰離子電池正極材料技術(shù)

來(lái)源: 發(fā)布時(shí)間:2021-12-16

所屬領(lǐng)域:新材料 三元梯度正極材料

技術(shù)成熟度(TRL):中試及產(chǎn)業(yè)化(TRL=5-7)

? 簡(jiǎn) 介

正極材料是鋰離子電池的瓶頸,占電池總成本30%以上。消費者對電池的續航能力要求越來(lái)越高,高鎳化是提升三元正極材料比容量的核心方案,但高鎳化后的材料存在安全性能差、循環(huán)壽命短及表面堿性高等問(wèn)題,而使高鎳三元材料梯度化是除單晶外另一條有望一次性解決上述三種問(wèn)題的可行技術(shù)路線(xiàn)。

高鎳梯度三元正極材料是指從二次顆粒核心到表面,鎳元素含量逐漸減少而鈷和錳元素含量逐漸增多的一種材料設計,該方案既可以利用表面含量較高的錳元素穩定材料結構、提高其安全性能,又可以充分發(fā)揮核心高鎳材料的高比容優(yōu)勢和循環(huán)性能,還可以降低材料表面的堿性,實(shí)現“一石三鳥(niǎo)”的目的。

? 性能指標

本項目制備的梯度NCM811鎳含量大幅提高,同時(shí)鈷含量相應大幅降低,鋰源采用碳酸鋰而非氫氧化鋰,可顯著(zhù)減少生產(chǎn)成本。其具有以下特點(diǎn):

1. 本項目采用共沉淀-固相燒結法制備高鎳梯度三元正極材料;

2. 前驅體振實(shí)密度高達1.9811 g/cm3以上(正極材料振實(shí)密度≥2.2 g/cm3);

3. 在未進(jìn)行任何商業(yè)包覆和摻雜的條件下,1 C倍率下放電比容量最高達194.7 mAh/g;

4. 充放電循環(huán)壽命較高(1C,670圈循環(huán)后容量保持率>80%);包覆摻雜后,可實(shí)現>1500圈循環(huán)。

? 項目階段與進(jìn)展

該項目已完成在20 L反應釜中試規模的工藝條件探索,并將其放大應用到2 m3的反應結晶器;研發(fā)了高效的旋轉燒結爐,可保證燒結產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。實(shí)現了從前驅體制備到燒結及商品化材料包覆和摻雜工藝的優(yōu)化,完成了高鎳三元正極梯度材料從工藝到生產(chǎn)裝備的研發(fā),滿(mǎn)足了梯度材料的規?;a(chǎn)示范,現可進(jìn)行對外合作。

? 知識產(chǎn)權情況

本項目從生產(chǎn)工藝到生產(chǎn)裝備均為自主研發(fā),具有完全知識產(chǎn)權,關(guān)鍵設備及關(guān)鍵工藝均已申請專(zhuān)利保護。

? 應用前景

全球市場(chǎng)插電式混合動(dòng)力、純電動(dòng)汽車(chē)已開(kāi)始步入應用普及的發(fā)展階段,預計至2050年,全球將有4400萬(wàn)輛純電動(dòng)汽車(chē)。儲能鋰電池現在仍處于起步階段,受益于家庭儲能、電信基站、風(fēng)能、太陽(yáng)能等新興能源儲能需求,2020年儲能類(lèi)市場(chǎng)將達1140億元。鋰電池正極材料保持高速增長(cháng),并逐漸向三元材料等高能量密度材料發(fā)展,電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子動(dòng)力電池已成為市場(chǎng)和研發(fā)的熱點(diǎn)。本項目研發(fā)的高比容、高安全性的高鎳梯度三元正極材料在動(dòng)力電池領(lǐng)域將有望逐步擴大市場(chǎng)份額,取代磷酸鐵鋰等傳統鋰電池。

? 合作方式

技術(shù)許可/轉讓 作價(jià)入股


聯(lián)系方式:中科院青島生物能源與過(guò)程所 聯(lián)系人:袁子堯
電話(huà):024-23983089 郵箱:zyyuan@mail.syb.ac.cn

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