新型锂电池在零下70℃到60℃环境下“充放自如”
从电解液的特性着手，锂离子电池的快充难题有了新突破。浙江大学材料科学与工程学院范修林研究员团队与国内外科研人员合作，设计出一款新型电解液，能够支持高比能锂离子电池在-70℃到60℃的超宽温区内进行可逆充放电，在室温下快速充放电。相关研究成果2月29日发表于国际期刊《自然》。
锂离子电池具有高能量密度、长寿命、无记忆效应和低自放电率等优势，在新能源汽车领域广泛应用。但不可否认，锂离子电池的充电速度、工作温度、安全性依旧制约着新能源汽车的进一步发展。
“锂离子电池要实现快充，意味着在整个体系中锂离子都要实现快速迁移。目前业内普遍认为，锂离子在电解液及电解液—电极界面膜中的迁移，为整个过程中的速度控制步骤。界面膜是电解液原位生成的，与电解液的性质密切相关。”范修林介绍。
他进一步解释说，电解液的高离子电导率，需要溶剂具备高锂离子溶剂化能，但生成无机的界面膜，需要溶剂具有低锂离子溶剂化能，目前的电解液不可能二者兼得。
在此次研究中，科研团队开发并验证了一套新型极端电解液设计原则，打破了传统的锂离子传输模式，从几万种溶剂中确定了新型电解液的最佳配方。测试数据表明，这种新型电解液的离子电导率，在25℃室温下是商用电解液的4倍，在-70℃时高于商用电解液3个数量级以上。
“基于新型电解液，我们设计出了一种4.5伏NMC811‖石墨电池。室温下它充电10分钟就能达到80%电量，展现出超快的离子传输行为。”范修林介绍，利用这款新型电解液制备的电池，目前成本较高，但它可以率先在极地科考、空间探测、海底勘探等极端温度情况中应用。
“目前，我们团队已与相关企业开展合作。随着技术迭代，我们对新型锂离子电池装配到新能源汽车充满信心。”范修林说。
来源： 消费日报
最低零下70℃，最高80℃！抗冻又耐热的新型锂离子电池在深圳量产
来源：【读特】
受得了炎热气候、扛得住冰天雪地、充电快速、成本还低，如此“能打”的锂电池是真实存在的！5月24日，记者从中国科学院深圳先进技术研究院获悉，该院碳中和（筹）研究所唐永炳研究员团队的一项新型锂离子电池技术，于2022年5月24日完成了规模化量产。统计数据表明，本次规模化量产的产品合格率达到99.11%，过程各工序合格率均99%以上。
团队表示，这是我国首款具有宽温域、低成本、长寿命的电芯产品，有望打破电池产业格局。
新型电池高低温性能测试（左：-70℃测试，右：80℃测试）↑ （先进院供图）
适应环境温差“横跨”150℃
从汽车到电子产品，锂离子电池早已渗透到人们生活，为衣食住行提供“动力”。据工信部赛迪研究院近日发布的《2021中国锂电产业发展指数白皮书》显示，我国已连续五年成为全球最大的锂电池消费市场。
然而，受电池关键材料的限制，目前锂离子电池的一大局限是，在零度以下的低温条件下无法充电，而在50℃以上的高温条件下，安全性又不能保障。我国幅员辽阔，气温随地域和季节变化大，北方地区冬季温度可以低至-40℃以下，而南方地区夏季地表温度高达50℃以上，冬季电动车无法启动、智能手机自动关机，夏季电动车自燃等情况频发。
为此，唐永炳研究员团队历时近10年，研发出了既抗冻又耐热的新型锂离子电池技术，最低工作温度可以达到-70℃，而最高工作温度高达80℃，而且低温与高温性能可以同时兼顾。
据悉，该产品的高低温性能、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，并获得ISO9001、GB31241-2014、IEC 62133-2:2017、UN38.3等标准和资质认证。
研发关键负极材料
新型电池“新”在何处？团队主要从负极材料和电解液上下功夫。
据了解，目前电池的正极材料相关技术已接近“天花板”，要提升性能，负极材料尚有发展空间。为此，团队研发了一种新型铝基复合负极材料，通过与商用锂离子电池正极材料匹配，针对不同应用场景，成功开发出了新型锰酸锂、磷酸铁锂和三元电池等产品。
“我们开发的电池产品除了耐热抗冻的特性以外，还具有高安全、长续航、快充和低成本的优势。”该团队表示。
在安全性能方面，常规锂电池随着不断使用，内部会产生锂枝晶，既影响充电能力，还可能刺穿隔膜，带来电池短路等隐患。而团队开发的新型铝基负极，在低温和过充条件下能有效缓解锂枝晶的产生，提高了安全性。
在续航性能上，得益于铝基负极材料高的理论容量，该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，产品还表现出不俗的快充性能，20分钟即可充满电，为半小时充电需求提供了解决方案。
在成本方面，基于铝基复合负极的性能优势，并结合开发的高性能电解液，低温电池产品可以摆脱对昂贵的纳米级正极材料的依赖，电池成本可以降低10%-30%。
应用场景“上天入地”
据悉，本次量产是应某电动车客户要求，提供了批量电芯进行深度性能评估，相关性能评估已满足使用需求。
事实上，紧贴市场需求，是团队一直以来的坚持。“有些场景需要零下40摄氏度也能正常充放电，而有些则在长循环方面提出了更高要求。围绕核心技术，结合实际情况，我们对产品不断作出调整。”团队表示。相关产品可以应用于光伏储能、家庭储能、通讯基站储能、轨道交通、国防建设、航天航空、极地科考等领域，尤其适用于高寒地区及亚热带地区，显著扩大了电池的应用范围。
据悉，相关研究成果在Nature Chemistry, Nature Communications, Advanced Materials等国际期刊，已发表高水平SCI论文90余篇（影响因子＞10论文60余篇）；同时围绕相关技术进行了系统全面的知识产权布局，形成了180余项包括PCT专利、中国发明专利、美欧日韩专利在内的专利池，已获得授权专利120余项。
此外，据深圳先进院转化处处长吴小丽介绍，基于新型电池技术，团队的23项相关专利依托深圳先进院，以知识产权作价6500万元，成功实现了技术转移转化，于2017年3月成立了深圳中科瑞能实业有限公司（简称“中科瑞能”），获现金投资2500万元，注册资本1亿元。目前，项目正在进行增资扩股洽谈，进一步建成新型电池规模化产线，快速推动新型电池产品在多个领域的应用。
国际储能材料及电化学著名权威专家、美国德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram教授在其综述论文中指出，“该成果首次提出了双功能铝基负极的概念，匹配商业化正极如钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料等，电池表现出优异的长循环稳定性，使得铝基电池具有巨大的应用潜力”。
（原标题《抗冻又耐热，深圳先进院新型锂离子电池成功量产》）
（作者：深圳特区报记者 闻坤)
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