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黑龙江省研发镍钴锰三元锂离子电池正极材料

来源: 网络
发布日期: 2017-12-25
作者: 259
浏览次数: 259

哈尔滨博尔特能源科技有限公司以哈工大新能源材料与器件课题组为依托,在2009年开始了对锂离子电池及其相关材料进行了研发,研究的材料涉及镍钴锰三元材料(简写为NCM,下同)、尖晶石锰酸锂(LMO)、高压尖晶石镍锰酸锂(LNMO)材料。如今,已完成了镍钴锰三元的产业化试生产,项目材料改性的工作正在持续进行。


据介绍,项目团队研发的镍钴锰三元材料与市场上的同类产品比较,容量提升了5%、振实密度提高了4%,材料加工性能(pH值指标)也得到改善,能够综合提高电池4%的电量,同时增加了电池的充放电次数。团队成员向记者介绍,研发过程要反复进行材料合成实验,而实验过程往往是漫长而单调乏味的。在镍钴锰三元的前驱体共沉淀法合成过程中,团队常常一次要进行近40小时的昼夜实验,以监控实验成果。七年辛勤的研发实验带来了较为丰厚的研究成果,目前企业在锂电正极材料方面拥有授权发明专利11项,在申请的发明专利5项,并于2014年在西安某正极材料生产企业进行了三元材料产业化试生产,完成出货量186吨。


随着项目成果的产业化生产,三元材料为正极制作的全电池通过了针刺、过充/过放、短路、冲击实验验证等方面的安全测试,倍率性能和循环寿命均优于行业同类材料,并处于行业高端水平。


据了解,目前企业镍钴锰三元材料产业化项目正在持续稳步推进中。该项目预计规划8条生产线,规划4800吨/年,并已经同西安、山东、天津以及江西四家电芯制造企业签订了200吨/月的意向购销协议。项目规划分三期进行,一期融资需求2500万元,主要用于生产基地建设、流动资金以及企业产业规模扩张,目前已经得到哈创新、哈银大以及黑龙江科力等投资公司760万元的投资,同时与北京、哈工大成都投资、深圳等公司的融资谈判也在进行中。


锂离子电池始终在向大容量、长循环寿命和低成本方向发展。未来研发团队将会致力于研发能量密度更高的镍钴铝三元正极和富锂锰基材料。



关键词:黑龙江;镍钴锰三元锂离子电池;锰;资讯平台

 

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    第一作者:Jinhyuk Lee通讯作者:Gerbrand Ceder, Jinhyuk Lee第一单位:加州大学伯克利分校(美国) 自20世纪90年代,首次商业应用于便携式电子器件以来,锂离子电池的发展已经走过接近30年。目前,锂离子电池除了在电子器件上应用,还越来越多地在交通运输和电网等领域发挥作用。 当今世界,电动汽车出货量已经占到所有汽车出货总量的1%。这就决定了目前大部分锂电池生产商都将以电动汽车应用为主要目标。而锂离子电池想要在电动汽车上规模化使用,就必须同时满足安全、低成本、高能量储存以及不受自然资源限制等一系列要求。 目前,大部分锂离子电池依赖于Ni和Co两种过渡金属。其中,电子器件领域主要依赖于LiCoO2正极,电动汽车领域主要依赖于富Ni正极。 图1. 锂离子电池正极材料层状结构Whittingham, M. S. Lithium batteries and cathode materials. Chem. Rev. 2014, 104, 4271–4302. 问题在于:Co和Ni属于资源紧缺型元素,恐怖难以满足全球运输领域大规模的商业应用。而基于Fe和Mn等丰富资源的正极虽然有所应用,但是能量密度太低。      有鉴于此,美国加州大学伯克利分校Gerbrand Cede,和Jinhyuk Lee团队报道了一种基于Mn2+/Mn4+可逆氧化还原电对的高能量密度锂离子电池正极材料! 图2. Li2Mn2/3Nb1/3O2F设计和结构表征 图3. Li2Mn1/2Ti1/2O2F设计和结构表征 研究人员采取了两个策略来降低正极材料中Mn的价态,:一方面,引入高价阳离子(Nb5+或Ti4+)进行取代;另一方面,利用F-替...
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