| 成果名称: | 高安全、高能量密度、长循环寿命的圆柱形锂离子电池开发与产业化 |
| 完成单位: | 东莞市创明电池技术有限公司 |
| 主要人员: | 赵悠曼,袁庆华,卢阳璇,赵斯琦,周崇旺,韦添运,李红娜,管晓梅,陈泽伟,王洋,袁鹏,温惠康,段红坤,彭旭新,董琦 |
| 介绍: | 目前,全球锂离子电池的市场主要分为三个领域:动力锂电池、消费类锂电池、储能锂电池。而高安全、高能量密度、长循环寿命是锂离子电池永恒的主题。但由于国内锂离子电池相关配套技术的发展缓慢,使得国内锂离子电池的各项综合性能要远低于国际先进水平。在圆柱电池领域,国际上的松下、LG、三星在技术上已形成三足鼎立的现状。为了打破这种技术上和市场上的垄断,本项目于2015年1月开始布局18650型3.35Ah圆柱型锂离子电池的自主研发项目。该项目的产品主要应用在3C消费电子、智能家居、家居储能及太阳能、风力发电等分布式独立电源系统储能、两轮车等领域。 该款电池对标韩国LG公司的18650F1L型电池,采用了从原料设计、结构设计到工艺设计的全方位设计理念,打破了传统18650圆柱型锂离子电池的设计思路,在国内率先实现了该电池的产业化,目前国内同行在此类产品上还处于研究开发阶段。该款电池在能量密度、常温循环性能上可与LG的18650F1L媲美,0.5C充放电循环寿命比LG电池更长。并且,创明的18650F9L-3.35Ah电池的低温-20℃的放电容量比例同比LG18650F1L的放电容量比例高15%;同时,1C放电温升比LG同款电池温升低5℃,2C放电温升比LG同款电池放电温升低10℃,且0.5C的充电恒流比要比LG同款电池高4%。创明的18650F9L电池极化小,在低温放电和倍率放电上占据了巨大的优势。主要性能指标如下: 1:0.2C放电至2.5V标称容量3.35Ah,质量能量密度260Wh/kg; 2:内阻≤ 55mΩ; 3:1C倍率放电比例>90%,2C倍率放电比例>80% 4:55℃,0.2C放电至2.5V,放电容量比例≧95% 5:低温-20℃,0.2C放电至2.5V,放电容量比例≧70% 6:室温0.3C充电,0.5C放电循环600周容量保持率≧70% 7:室温0.5C充放电,循环400周容量保持率≧70% 8:高温55℃,0.3C充电,0.5C放电循环,400周≧70% 9:安全性能达到GB31241-2014、UL1642标准 该项成果在国内属于首推,其创造性在于: 1、正极材料采用掺杂Zr/Ti多元素体系来提升高镍材料的结构稳定性,抑制Ni2+ 和Li+之间的阳离子混排,在保证质量能量密度能达到260Wh/kg的基础上提高其倍率放电能力和长循环寿命。同时,将纳米级Al2O3与高镍三元材料进行高温烧结,通过对其表面修饰来减少全电池中的副反应,防止正极材料中过渡金属的溶出,提高其循环寿命和安全性能。 2、负极采用碳化包覆的氧化亚硅,减少负极充电过程中的体积膨胀,提高能量密度的同时,提升循环寿命。 3、电解液采用LiODFB(二氟草酸硼酸锂)和新型正极成膜添加剂,提升电池的耐高温性能,减少高温下电解液在正负极表面的副反应。适当的氟代碳酸乙烯酯,用以修复循环过程中负极SEI膜结构,保证其长循环性能。并添加一定量正丙基磷酸酐,除去电解液中游离H+,减少电解液中HF的生成,提升电池的长循环寿命。 4、隔膜采用Al2O3陶瓷涂敷型PE膜,提高隔膜的横纵向热收缩性能的同时,提高其穿刺强度,防止电池由于内部短路而带来的热失控,从而提升其安全性能。 5、结构上采用了正极片两并联的形式来防止负极头部形成锂枝晶的现象,同时对正负极极耳进行预处理,防止在充放电过程当中,由于极片膨胀力和极耳的剪切力使箔材断裂,造成电池断路失效。工艺设计上,通过使用优化合浆工艺,采用干混的工艺和最佳公转和自转速度,提高电极粉末的分散效果,增加浆料稳定性的同时,涂布过程中的一致性得到改善;也通过优化涂布的蒸发速率,选取最优的干燥模式来防止正负极粘结剂的上浮,提高极片的剥离力,减少因极片掉粉而带来的安全隐患;同时,优化化陈和陈化工艺,以保证电池的低自放电性。 项目先进性: 3.35Ah 的 18650 电池是我司在3.0Ah推向市场后的又一次突破,也代表国内最高水平,与国际最先进水平齐平,正式迈入国际领先队伍,而国内同行还处在稳定生产2.6Ah 的18650电池阶段。我司研发生产的3.35Ah的18650电池极化小,-20℃低温放电性能优异,且能在55℃环境下正常工作,循环性能和安全性能非常突出。在安全测试上,电芯的高温短路、过充、热冲击、环境适应性等测试均参照国家标准和国际标准测试。先后取得了一系列的安规认证和环保认证。如,CQC(GB31241)、UL1642、CB(IEC62133:2012)、BIS(IS 16046:2015)、BSMI(CNS 15364)、UN38.3。且其制程直通率达到 94%以上,A 品率超过 90%,在高容量电池制造方面,如此高的直通率和A品率是良好的工艺与设备保障能力的体现,完全可以替代LG、三星等进口电池。 该项目推进产业化的作用和意义: 3.35Ah的高能量密度,长循环寿命18650电池具有非常长的生命周期,本公司自主研发的3.35Ah圆柱型18650电池从2017年起就达成1344.07万元的销售额,以后逐年增长,截止2018年已累计取得15505万元营收,目前3350mah18650电池已成为公司的主打产品,毛利率保持在20%以上。 本项目不仅有很好的经济效益,而且有很好的社会效益,主要有: (1)在国际市场上让日韩企业在高容量电池的价格逐步下降,让国内应用者有了更多的议价筹码。 (2)携手推动我国锂离子电池材料及电池组件的发展,包括高镍正极材料、硅基负极材料,电解液,隔膜,电池盖,电池壳体等。 (3)推动我国锂离子电池研发与制造技术的进步和发展。 (4)培养人才带动就业,项目带动了近500人的就业,同时培养一批高技术的锂电人才。 |
| 批准登记号: | |
| 登记日期: | 2019-08-13 |
| 研究起止时间: | 2015-01-01至2016-12-31 |
| 所属行业: | 制造业 |
| 所属高新技术类别: | 新能源与节能 |
| 评价单位名称: | 东莞市高新技术产业协会 |
| 评价日期: | 2019-08-05 |
