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孚能科技330Wh/kg高能量密度電池技術(shù)解析

時(shí)間:2021-04-07 10:28來源:鋰想生活 作者:堃博士
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       2021年4月1日，孚能科技（贛州）股份有限公司發(fā)布公告指出公司研發(fā)出可達(dá)到330Wh/kg高能量密度電池。本文根據(jù)自己的電池設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和公開資料對(duì)330Wh/kg高能量密度電池技術(shù)進(jìn)行解析。

 

       孚能科技總部在美國能源部的資助下，從2017年開始開展一項(xiàng)電動(dòng)汽車用的高能量密度電池項(xiàng)目。項(xiàng)目重點(diǎn)在于解決實(shí)現(xiàn)高容量、長循環(huán)壽命和更安全鋰離子電池的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題，總體的技術(shù)目標(biāo)為：
       ▪ 第1年：基準(zhǔn)電池，能量密度220Wh/kg
       ▪ 第2年：第1代電池（300Wh/kg）
       ▪ 第4年：第2代電池（330Wh/kg）（原定目標(biāo)400Wh/kg，降低至330）
 
       為了實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，首先需要選擇與優(yōu)化正負(fù)極材料，在不同正極材料容量（180-240mAh/g）條件下，負(fù)極材料容量與電池能量密度的關(guān)系曲線如圖1所示。為了實(shí)現(xiàn)330Wh/kg的目標(biāo)，采用穩(wěn)定高鎳陰極，容量為200-240 mAh/g；采用硅復(fù)合材料作負(fù)極，容量為400-600 mAh/g；電解液配方采用氟化溶劑、開發(fā)穩(wěn)定添加劑和鋰鹽；優(yōu)化高密度的復(fù)合活性材料配方；選擇低副反應(yīng)的導(dǎo)電添加劑、先進(jìn)的粘合劑配方；采用先進(jìn)的隔膜：陶瓷涂層、高電壓穩(wěn)定性。
 
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圖1 在不同正極材料容量（180-240mAh/g）條件下，負(fù)極材料容量與電池能量密度的關(guān)系曲線
 
       高能量密度電池基本設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示，基準(zhǔn)電池為230 x 160 x 6mm的軟包電池，容量為28.5Ah。第一代電池能量密度達(dá)到300Wh/kg，采用基準(zhǔn)電池一樣的尺寸，容量約40Ah。第二代電池容量87Ah，尺寸為294.4 × 100.4 × 14，能量密度達(dá)到330Wh/kg。
 
表1  高能量密度電池基本設(shè)計(jì)參數(shù)
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       首先，他們采用單片軟包電池對(duì)大量的正極、負(fù)極材料，導(dǎo)電添加劑，粘結(jié)劑和電解液等進(jìn)行了選擇與評(píng)價(jià)。
 
       正極材料評(píng)價(jià)與開發(fā)
 
      電池的能量密度目標(biāo)是> 330 Wh/kg，評(píng)價(jià)了6種正極材料，主要是高鎳材料，如高壓NCM，含有富鋰錳基的NCM和高鎳NCA等，容量目標(biāo)＞200 mAh/g，正極材料的容量和首效如下圖所示。
 
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       負(fù)極材料評(píng)價(jià)與選擇
 
       為了實(shí)現(xiàn)電池的能量密度目標(biāo)> 330 Wh/kg，采用硅基負(fù)極，比如Si合金，SiO，Si納米線和Si納米顆粒，首效需要＞90%。3種負(fù)極材料的容量和首效如下圖所示。
 
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       使用相同的高鎳正極材料，匹配3種不同的硅基負(fù)極，制作500mAh的單片軟包電池。不同硅基負(fù)極電池的循環(huán)壽命如下圖所示，0.5C充電/1C放電 CV C/20 (3-4.2V) @ 30℃條件下，S2電池循環(huán)800次容量維持率＞80%。
 
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       電解液與粘結(jié)劑等采用不同的電解液和負(fù)極粘結(jié)劑，電池循環(huán)曲線如下圖所示。電解液E1，并且加入添加劑，負(fù)極不采用CMC/SBR粘結(jié)劑的電池循環(huán)性能最好。
 
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       根據(jù)以上信息推斷，孚能科技公告的330Wh/kg的高能量密度電池，正極采用克容量大于200mAh/g的高鎳正極材料，比如三元材料Ni90，負(fù)極采用硅碳復(fù)合材料，克容量＞500mAh/g，首效＞90%，負(fù)極不采用CMC/SBR粘結(jié)劑，可能是PAA基粘結(jié)劑。電解液采用氟化溶劑（FEC）、并添加穩(wěn)定添加劑。電池容量87Ah，尺寸為294.4 × 100.4 × 14 mm的軟包電池。

(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 電池 孚能科技 電池技術(shù)
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