怎么在不改变现有锂电池基本结构的基础上大幅度提升电池性能？
来源：宝鄂实业
2019-05-06 17:05
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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。
据测算，硅基负极材料的比容量可达石墨负极的10倍，被看作是后者的“替代者”。传统硅基材料的应用，主要采用碳包覆技术，即在硅材料表面复合一层碳材料。吴凯介绍，但由于硅材料充放电过程中体积变化高达300％，多次循环后表面包覆的碳材料会破碎、脱落，对硅材料的保护作用大幅减弱，从而导致电池循环性能不佳。
这一世界级难题如“幽灵”一般困扰产业界10来年之久。
宁德时代摒弃了传统碳包覆技术，转向研究人造电解质界面膜包覆技术。历时2年多，将这一技术应用到硅材料制备，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，打掉创新路上的“第二只拦路虎”。
“与碳材料相比，人造电解质界面膜与硅材料的结合作用力更强、弹性更好、不易破碎或粉化，对硅材料起到很好的保护作用，因此能够在循环中大幅提高硅材料的界面稳定性，从而提升电池的循环寿命。”吴凯说，此举将促进我国充分掌握材料改性、前驱体合成等多方面的核心技术，实现关键材料技术的国产化，为硅碳复合负极的逐步商业化推广应用提供了重要保障。
完美“瘦身”，率先使用航空级别的“7系铝”
在能耗不变，体积和重量都受限的情况下，新能源汽车续航里程，主要取决于电池包的能量密度。
“这就考验研究人员为电池包‘瘦身’的能力。”吴凯说，宁德时代首次将航空级别的“7系铝”运用至电池包下箱体。“7系铝”，铝中的“战斗铝”，常被用于制造飞机起落架，具备轻盈、坚固、安全等特性。
吴凯告诉记者，“7系铝”应用也具有很多风险，特别是应力腐蚀现象（金属材料在某些特定的介质中，由于腐蚀介质和应力的共同作用而发生断裂）。
“业内普遍认为这是‘7系铝’的技术难点，甚至是技术禁区。”吴凯说，为此，他们通过上百项的实验及相关工艺改善，使得应力腐蚀指数控制在行业内最高水平。目前，宁德时代已成功开发出“7系铝”下箱体，并已量产。至此，该企业电池包下箱体轻量化设计已处于世界领先水平。这一全新能量密度的动力电池，能使B级纯电动轿车电池仓在现有基础上，不额外增加空间，载能量（装载电池的总电量）即可提升约50％；车载动力电池系统能量提高50％；整车重量可在现有基础上减重250公斤，使该车型标准工况续驶里程提高到600公里以上……
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。
据测算，硅基负极材料的比容量可达石墨负极的10倍，被看作是后者的“替代者”。传统硅基材料的应用，主要采用碳包覆技术，即在硅材料表面复合一层碳材料。吴凯介绍，但由于硅材料充放电过程中体积变化高达300％，多次循环后表面包覆的碳材料会破碎、脱落，对硅材料的保护作用大幅减弱，从而导致电池循环性能不佳。
这一世界级难题如“幽灵”一般困扰产业界10来年之久。
宁德时代摒弃了传统碳包覆技术，转向研究人造电解质界面膜包覆技术。历时2年多，将这一技术应用到硅材料制备，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，打掉创新路上的“第二只拦路虎”。
“与碳材料相比，人造电解质界面膜与硅材料的结合作用力更强、弹性更好、不易破碎或粉化，对硅材料起到很好的保护作用，因此能够在循环中大幅提高硅材料的界面稳定性，从而提升电池的循环寿命。”吴凯说，此举将促进我国充分掌握材料改性、前驱体合成等多方面的核心技术，实现关键材料技术的国产化，为硅碳复合负极的逐步商业化推广应用提供了重要保障。
完美“瘦身”，率先使用航空级别的“7系铝”
在能耗不变，体积和重量都受限的情况下，新能源汽车续航里程，主要取决于电池包的能量密度。
“这就考验研究人员为电池包‘瘦身’的能力。”吴凯说，宁德时代首次将航空级别的“7系铝”运用至电池包下箱体。“7系铝”，铝中的“战斗铝”，常被用于制造飞机起落架，具备轻盈、坚固、安全等特性。
吴凯告诉记者，“7系铝”应用也具有很多风险，特别是应力腐蚀现象（金属材料在某些特定的介质中，由于腐蚀介质和应力的共同作用而发生断裂）。
“业内普遍认为这是‘7系铝’的技术难点，甚至是技术禁区。”吴凯说，为此，他们通过上百项的实验及相关工艺改善，使得应力腐蚀指数控制在行业内最高水平。目前，宁德时代已成功开发出“7系铝”下箱体，并已量产。至此，该企业电池包下箱体轻量化设计已处于世界领先水平。这一全新能量密度的动力电池，能使B级纯电动轿车电池仓在现有基础上，不额外增加空间，载能量（装载电池的总电量）即可提升约50％；车载动力电池系统能量提高50％；整车重量可在现有基础上减重250公斤，使该车型标准工况续驶里程提高到600公里以上……
