锂离子电池新材料研究和中试线建设

Group Leader:黄学杰

Position

◆ 松山湖材料实验室副主任、锂离子电池材料团队负责人
◆ 中国科学院物理所研究员、博士生导师
◆ 广州中科院工业技术研究院锂离子动力电池工艺技术装备基础服务平台主任
◆ 《储能科学与技术》编委会主任

Research Direction

锂二次电池及其相关材料、工艺和装备技术的研究。

Main Achievemnets

◆ 在国际科学期刊上发表学术论文200余篇
◆ 申请发明专利50余项
◆ 创建多家锂电及相关材料研发和生产企业,实现了锂离子动力电池和储能电池的产业化

团队现有成员54名,包括研究员1名、高级工程师及博士后研究人员8名、工程师15名、技师1名,实验员28名,行政助理1名,形成了一支具有技术创新力和产业转化力的研发团队。

项目介绍

本团队以开发高能量密度正极材料和高可逆容量负极材料,提供更高能量密度、更长循环寿命,且更具经济性的正、负极材料,开发出可供高电压正极材料正常工作的配套电池应用技术为研究目标。达到从高电压正极材料开发,到电解液、隔膜和添加剂等辅助材料配套,再到应用技术与客户服务保障技术的系统集成,推动动力电池产业的产品升级与技术进步。

团队已承担国家重点研发计划项目“高能量密度二次电池材料及电池技术研究”,及广东省重点领域研发计划项目“5G手机高能量密度锂离子电池材料及应用技术研究”。

 

项目意义

通过本项目的实施,有望加快新一代电池技术研发和产业化,发展电极微结构和电极表界面的原位表征方法,提高动力电池安全性与环境适应性,最终突破能量密度≥1000Wh/L,循环寿命大于1000次动力电池的课题目标。

本项目的研发成功将有利于促进我国在下一代高安全、高能量密度、长寿命动力电池的战略布局,显著提升我国在高能量密度电池的核心竞争力,促进动力电池产业升级,具有十分重要的科学、技术、社会、经济方面的意义。

 

潜在市场

目前国际最高能量密度动力用圆柱形电池为特斯拉公司生产的Model 3搭载的三元21700电池,比能量达到260 Wh/kg,但系统能量密度不到160 Wh/Kg。磷酸铁锂电池寿命长、成本低,但系统比能量也不到160 Wh/Kg。尖晶体镍锰酸锂电池将使动力电池比能量提升40%,成本下降30%,满足市场对安全性更高、性能更优异、成本更低廉的动力型锂离子电池产品的需要,促进电动汽车的大规模推广。

该项目还将带动高能量密度电池技术发展,为5G手机、机器人、无人机、规模化储能等新兴高技术领域的技术进步提供有力支撑。

 

研究方向

1、高电压镍锰酸锂正极材料产业化

正极材料重点开发尖晶石结构高电压镍锰酸锂正极材料,也合成过渡金属元素梯度分布层状正极材料,实现材料晶格结构的渐次改进与结构修复。同时对材料表面、晶格界面进行第二项表面渗透与包覆修饰,提高界面化学稳定性,提高循环寿命。尖晶石正极材料性能达到:工作电压4.7V;可逆比容量≥130mAh/g;可逆比能量≥600 Wh/kg,循环寿命大于2000次。

2、高密度储锂合金负极材料产业化

拟开发负极材料为合金化负极材料,采用可与锂形成合金的Sn/Si基材料作为活性物质,设计和制备分级Sn/Si基分级纳米超结构合金负极材料,通过多层功能结构协同抑制材料嵌/脱锂体积效应,调节材料离子/电子传输动力学性质,并结合表面包覆、结构调控、形貌控制改善材料嵌脱锂循环性能,实现负极材料可逆容量密度≥ 1500 Ah/L的目标。