[01353717]长寿命高安全性储能用锂离子电池的制备技术开发及应用

1、项目技术及产品所属领域 项目围绕储能用锂离子电池制备技术进行了系统研究,产品主要应用于风光储能、家庭储能和通讯基站后备电源等电能储存领域。 2、项目背景 近年来,随着技术进步和对新能源需求的增大,风光储能、家庭储能和通讯基站后备电源建设得到特别重视。太阳能电池本质上是一种能量转化装置,将太阳能转化为电能,风能则是通过风力发电机把风能转化为可传输的电能。由于风能和太阳能的间歇性和不确定性,为保证供电的均衡和连续,要将电能加以利用,就必须将太阳能电池转化的电能储存起来。因此储能技术成为了风光发电系统的关键技术,在利用太阳能和风能的同时,需要重视储能技术的开发。以往储能用电池主要是铅酸蓄电池,但铅酸电池存在着使用寿命短,维护费用高,能量密度低等问题。锂离子电池由于在二次电池领域有着使用寿命长,能量密度高,环境污染小等优点,目前逐渐被广泛应用。开发配合太阳能电池工作的锂离子储能电池,成为未来太阳能开发利用所要解决的重要环节。其中锂离子电池中,磷酸铁锂是近年来引起广泛关注的新型正极材料,由于磷酸铁锂（LiFePO4）其原材料来源广泛,产品制备工艺相对简单、价格便宜（约为钴酸锂的1/5）、无毒、对环境友好、无吸湿性,理论比容量高（约170mAh/g）,与其他锂离子电池相比具有相对适中的工作电压（3.25V左右）。兼顾了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2材料的优点,特别是其热稳定好、安全性能优越（极少有爆炸危险、与镍镉电池安全性能相当）,同时有着比能量高及循环性能好等突出优点,使它成为和太阳能电池相匹配的储能电池材料的首选。 3、项目技术方案 1)磷酸铁锂材料的碳包覆和金属掺杂研究。通过进行一定比例的葡萄糖进行材料表面包覆,改善了材料的导电性。通过掺杂一定比例的金属元素,提高磷酸铁锂材料晶体结构的稳定性,有利于锂离子的脱嵌,从而提升材料的克容量,并改善电池的循环性能。 2)正极材料面密度及导电剂添加量的研究。通过进行不同面密度和导电剂添加量对容量分布、倍率性能以及循环性能的研究,确定较优面密度和导电剂配比范围等工艺设计参数。 3)电解液优化研究。通过添加功能添加剂对电解液组成配方进行优化研究,通过调整电解液配方,提高电池的低温性能,改善电极材料与电解液的匹配性和副反应,从而降低电池的内阻,改善电池的电性能。 4)化成分容制度研究。通过不同化成分容工步制得电芯的容量、内阻、首效、1C循环性能及低温放电性能对比,得到较优的化成分容制度。 5)对电池组中单支电池匹配及分选工艺方面进行研究。单支电池不同带电量组合后电压差、高温老化条件对电池电压压降影响等解决电池的一致性问题。 6)磷酸铁锂储能电池性能评估研究。依照市场对电池性能的要求,进行包括容量、内阻、循环寿命、安全性能、高温储存等性能测试评估,根据测试结果优化电池生产工艺和生产技术,提升产品的性能以最大限度地满足用户要求。 4、项目创新和成果评价 项目通过工艺技术和产业化工程技术开发,实现了技术进步,研发产品实现了产业化,取得了很好的经济和社会效益。其中,项目采用以葡萄糖碳源碳包覆、以镍元素掺杂的磷酸铁锂为正极材料,同时在电解液中引入氟醚功能助剂,优化电池设计和制造设备,在电池制备中控制电芯卷绕、电池注液组装、化成、分容、老化和配组等工序,研制了系列长寿命高安全性储能用锂离子电池,项目技术已实现产业化。所制备的电池具有优异的电化学性能,可满足风光发电储能、不间断电源和基站备用电源系统等的使用要求,在使用成本、安全性等方面也具有明显优势。项目制定《储能用锂离子电池测试标准》（QS-W2-563）产品企业标准1项,项目技术获授权发明专利5件、实用新型专利3件,发表学术论文8篇。项目产品经国家轻工业电池及储能材料质量监督检测中心、先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司检测中心检测,所检指标达到QC/T743-2006和IEC62619：2014的要求;经用户使用,反映良好,取得了较好的经济效益和社会效益。项目技术通过了广东省轻工业协会组织的专家鉴定,鉴定委员会认为项目技术达到了国际先进水平。 5、项目产品达到的主要性能指标 1)能量密度和内阻：110～130Wh/kg,型号：26650,单体电芯内阻≤30mΩ; 2)低温性能：-20℃低温1C放电容量比≥70%; 3)循环性能：常温1C充放循环寿命≥2000周（80%DOD）; 4)安全性能：通过过充、过放、外部短路、热冲击、跌落、加热等测试（依据 IEC 62619）; 5)常温荷电保持： 荷电保持率≥90%*初始容量,荷电恢复率≥95%*初始容量。