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电动汽车因存在续航里程短、成本高等问题,许多潜在消费者对其望而却步。

记者从中国锂离子动力电池龙头企业宁德时代新能源公司获悉,近日该公司研发团队攻克动力电池正极和负极材料等关键核心技术,开发出比能量达304Wh/kg的样品,在国际市场上处于领先地位。

锂离子动力电池能量密度已成为其产业化瓶颈,为此美、日、韩等国都制定了相关产业政策,其目标均指向“2020年能量密度达300Wh/kg”。日前,在国家重点专项支持下,宁德时代新能源科技股份有限公司研发团队攻克高镍三元材料及硅碳负极材料等关键核心技术,率先开发出比能量达304Wh/kg的电池样品,在这一国际竞赛中折桂。

业内分析认为,目前宁德时代的技术突破已获得实验成功,随着相关的技术逐渐进入市场化应用阶段,将显著提升国产动力电池核心竞争力。

打通“任督二脉”,补齐正极材料短板

据业内介绍,锂离子动力电池是目前应用最广泛的新能源汽车动力电池,但电池的能量密度成为产业化瓶颈。“电池的能量密度,是指电池平均单位体积或质量所释放出的电能。”宁德时代首席科学家吴凯说,“如何进行能量密度的提升,成为制约电池发展的世界性难题。”

锂离子动力电池是目前应用最为广泛的新能源汽车动力电池,是新能源汽车的核心部分。其优势在于能量密度高、循环寿命长,其技术难点在于稳定性和安全性要求高、制备过程复杂,该核心生产技术一直掌握在世界少数几个国家手中。

据透露,锂电池包括正极、负极、电解质等多个关键部分,正负极是发生化学反应的地方,相当于人体“任督二脉”。“由于目前负极材料的能量密度远大于正极,正极材料就成了’木桶的短板’。”吴凯说,提高能量密度就要不断升级正极材料。

电池的能量密度,是指电池平均单位体积或质量所释放出的电能。“目前能量密度的提升,成为制约锂离子电池发展的最大瓶颈,面临着诸多世界级难题。”宁德时代首席科学家吴凯说,电池厂家可通过增大电池尺寸来达到电量扩容的效果,但电芯“变胖”或者“长个儿”只治标,并不治本。

“批量稳定供应高性能的高镍正极材料是关键技术难点。”吴凯说,为此,宁德时代依托国家工程研究中心,通过与产业链上下游单位的协同开发,逐步实现了国产高镍材料的规模化生产及应用。

究竟是什么限制了锂电池的能量密度?

宁德时代公司还瞄准负极材料的硬伤。目前业内大多采用石墨作为负极材料。随着对续航里程需求的升级,石墨已不能满足市场对电池能量密度的期望,硅基负极材料被看作是“替代者”。

吴凯介绍,电池背后的化学体系是主要原因。一般而言,锂电池的四个部分非常关键:正极、负极、电解质、膈膜。其中正负极是发生化学反应的地方,相当于人体“任督二脉”。

“传统硅基材料的应用,主要采用碳包覆技术,但多次循环后包覆的碳材料会破碎、脱落,导致电池循环性能不佳。”吴凯说,宁德时代转向研究人造电解质界面膜包覆技术。历时两年多,开发出具有自主知识产权的新型人造电解质界面膜包覆的硅碳复合负极材料,其循环性能表现显著优于国外产品。

由于目前负极材料的能量密度远大于正极,正极材料就成为了“木桶的短板”——锂离子电池的能量密度下限取决于正极材料,所以提高能量密度就要不断升级正极材料。但是,我国高镍材料开发起步晚,技术积累较为薄弱,制备工艺及装备条件较为落后。

“批量稳定供应高性能的高镍正极材料,是高比能量动力电池开发的关键技术难点之一。”吴凯说,为此,宁德时代依托国家工程研究中心、福建省重点实验室等重大科研平台,通过与产业链上下游合作单位的协同开发,优化原材料合成工艺条件,提高结构稳定性,调整微观结构、控制材料形貌和尺寸分布,逐步实现了国产高镍材料的规模化生产及应用。

与日韩竞争对手的同类材料相比,目前国产高镍材料具备可逆容量高、压实密度高、表面及体相结构相对稳定的特点,将打破日韩技术垄断,提升国内产业链技术水平及国产动力电池核心竞争力,打掉创新路上的“第一只拦路虎”。

颠覆传统,解决负极材料的硬伤

负极材料也是锂离子电池的核心材料之一,目前大多采用石墨作为负极材料。随着对续航里程需求的持续升级,传统石墨负极已不能满足市场对电池能量密度的期望。

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