適應温差跨度150℃！我國首款寬温域鋰離子電池量產

中國科學院深圳先進技術研究院5月24日消息，受得了炎熱氣候、扛得住冰天雪地、充電快速、成本還低，如此“能打”的鋰電池是真實存在的！5月24日，記者從中國科學院深圳先進技術研究院獲悉，該院碳中和（籌）研究所唐永炳研究員團隊的一項新型鋰離子電池技術，於2022年5月24日完成了規模化量產。統計數據表明，本次規模化量產的產品合格率達到99.11%，過程各工序合格率均99%以上。

團隊表示，這是我國首款具有寬温域、低成本、長壽命的電芯產品，有望打破電池產業格局。

新型電池規模化產線局部（左）及批量測試（右）

適應環境温差“橫跨”150℃

從汽車到電子產品，鋰離子電池早已滲透到人們生活，為衣食住行提供“動力”。據工信部賽迪研究院近日發佈的《2021中國鋰電產業發展指數白皮書》顯示，我國已連續五年成為全球最大的鋰電池消費市場。

然而，受電池關鍵材料的限制，目前鋰離子電池的一大侷限是，在零度以下的低温條件下無法充電，而在50℃以上的高温條件下，安全性又不能保障。我國幅員遼闊，氣温隨地域和季節變化大，北方地區冬季温度可以低至-40℃以下，而南方地區夏季地表温度高達50℃以上，冬季電動車無法啓動、智能手機自動關機，夏季電動車自燃等情況頻發。

為此，唐永炳研究員團隊歷時近10年，研發出了既抗凍又耐熱的新型鋰離子電池技術，最低工作温度可以達到-70℃，而最高工作温度高達80℃，而且低温與高温性能可以同時兼顧。

據悉，該產品的高低温性能、循環壽命、安全性能等各項指標，均已通過第三方權威機構檢測，並獲得ISO9001、GB31241-2014、IEC 62133-2:2017、UN38.3等標準和資質認證。

新型電池高低温性能測試（左：-70℃測試，右：80℃測試）

研發關鍵負極材料

新型電池“新”在何處？團隊主要從負極材料和電解液上下功夫。

據瞭解，目前電池的正極材料相關技術已接近“天花板”，要提升性能，負極材料尚有發展空間。為此，團隊研發了一種新型鋁基複合負極材料，通過與商用鋰離子電池正極材料匹配，針對不同應用場景，成功開發出了新型錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元電池等產品。

“我們開發的電池產品除了耐熱抗凍的特性以外，還具有高安全、長續航、快充和低成本的優勢。”該團隊表示。

在安全性能方面，常規鋰電池隨着不斷使用，內部會產生鋰枝晶，既影響充電能力，還可能刺穿隔膜，帶來電池短路等隱患。而團隊開發的新型鋁基負極，在低温和過充條件下能有效緩解鋰枝晶的產生，提高了安全性。

在續航性能上，得益於鋁基負極材料高的理論容量，該電池能量密度較傳統鋰離子電池提升13%～25%，能做到長續航。此外，由於鋁基複合負極優異的導電性能，產品還表現出不俗的快充性能，20分鐘即可充滿電，為半小時充電需求提供瞭解決方案。

在成本方面，基於鋁基複合負極的性能優勢，並結合開發的高性能電解液，低温電池產品可以擺脱對昂貴的納米級正極材料的依賴，電池成本可以降低10%-30%。

應用場景“上天入地”

據悉，本次量產是應某電動車客户要求，提供了批量電芯進行深度性能評估，相關性能評估已滿足使用需求。

事實上，緊貼市場需求，是團隊一直以來的堅持。“有些場景需要零下40攝氏度也能正常充放電，而有些則在長循環方面提出了更高要求。圍繞核心技術，結合實際情況，我們對產品不斷作出調整。”團隊表示。相關產品可以應用於光伏儲能、家庭儲能、通訊基站儲能、軌道交通、國防建設、航天航空、極地科考等領域，尤其適用於高寒地區及亞熱帶地區，顯著擴大了電池的應用範圍。

據悉，相關研究成果在Nature Chemistry, Nature Communications, Advanced Materials等國際期刊，已發表高水平SCI論文90餘篇（影響因子＞10論文60餘篇）；同時圍繞相關技術進行了系統全面的知識產權佈局，形成了180餘項包括PCT專利、中國發明專利、美歐日韓專利在內的專利池，已獲得授權專利120餘項。

此外，據深圳先進院轉化處處長吳小麗介紹，基於新型電池技術，團隊的23項相關專利依託深圳先進院，以知識產權作價6500萬元，成功實現了技術轉移轉化，於2017年3月成立了深圳中科瑞能實業有限公司（簡稱“中科瑞能”），獲現金投資2500萬元，註冊資本1億元。目前，項目正在進行增資擴股洽談，進一步建成新型電池規模化產線，快速推動新型電池產品在多種領域的應用。

國際儲能材料及電化學著名權威專家、美國德克薩斯大學奧斯汀分校Arumugam Manthiram教授在其綜述論文中指出，“該成果首次提出了雙功能鋁基負極的概念，匹配商業化正極如鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等，電池表現出優異的長循環穩定性，使得鋁基電池具有巨大的應用潛力”。