日前(qian)，在國家重點專項(xiang)支(zhi)持下，寧德時代(dai)新(xin)能源科(ke)技股份有限公司研發(fa)團隊攻克高鎳三元材(cai)料(liao)及硅碳負(fu)極材(cai)料(liao)等關(guan)鍵核心技術，率先開(kai)發(fa)出比能量(liang)（質量(liang)能量(liang)密度）達304Wh/kg的(de)電池樣(yang)品，在這一國際競賽中折桂。
關鍵(jian)核(he)心(xin)技術事(shi)關創新(xin)主(zhu)(zhu)動權、發展主(zhu)(zhu)動權，也事(shi)關國家(jia)經濟(ji)安(an)全(quan)(quan)、國防安(an)全(quan)(quan)和其他安(an)全(quan)(quan)。要努(nu)力實現關鍵(jian)核(he)心(xin)技術自主(zhu)(zhu)可控，把創新(xin)主(zhu)(zhu)動權、發展主(zhu)(zhu)動權牢牢掌握在(zai)自己(ji)手中。
電動汽車因存在續航里(li)程短(duan)、成本高等(deng)問(wen)題，許(xu)多潛在消(xiao)費者對其望而(er)卻步(bu)。
鋰離子動力電(dian)池能量密(mi)(mi)度(du)已(yi)成(cheng)為其產(chan)業化瓶頸(jing)，為此美、日、韓等(deng)國都制定了(le)相關(guan)(guan)產(chan)業政(zheng)策(ce)，其目(mu)標(biao)均指向“2020年能量密(mi)(mi)度(du)達(da)300Wh/kg”。日前(qian)，在國家重點專項支(zhi)持下，寧德時代(dai)新能源科技股份有限公司研發團隊攻克高鎳三(san)元材(cai)料及硅(gui)碳負極材(cai)料等(deng)關(guan)(guan)鍵核心技術，率先(xian)開發出(chu)比能量（質量能量密(mi)(mi)度(du)）達(da)304Wh/kg的電(dian)池樣品(pin)，在這一國際競賽中折桂(gui)。
打(da)通“任(ren)督二脈”補齊正極材(cai)料短板(ban)
鋰離(li)子動力(li)電池(chi)是目前(qian)應用為廣泛(fan)的新能源(yuan)汽(qi)車(che)動力(li)電池(chi)，是新能源(yuan)汽(qi)車(che)的核心(xin)部(bu)分(fen)。其(qi)優勢在于能量密度高(gao)、循環壽命長，其(qi)技(ji)術(shu)難點在于穩定性(xing)和安全性(xing)要求高(gao)、制備過程復(fu)雜，該核心(xin)生產技(ji)術(shu)一直掌握在世界少數幾個國家手中。
電(dian)(dian)池的(de)能(neng)量(liang)(liang)密度(du)，是指電(dian)(dian)池平均單位體(ti)積(ji)或質量(liang)(liang)所釋(shi)放出的(de)電(dian)(dian)能(neng)。“目前能(neng)量(liang)(liang)密度(du)的(de)提升，成為制(zhi)約鋰離(li)子電(dian)(dian)池發展的(de)大瓶頸(jing)，面臨著(zhu)諸多世界 級難題。”寧德時(shi)代首席科學(xue)家(jia)吳凱說，電(dian)(dian)池廠家(jia)可通(tong)過增大電(dian)(dian)池尺寸來達(da)到電(dian)(dian)量(liang)(liang)擴容的(de)效果(guo)，但電(dian)(dian)芯(xin)“變(bian)胖”或者“長個兒”只治標，并(bing)不治本(ben)。
究(jiu)竟是什么限制了鋰電池的能量密度(du)？
吳凱介紹，電(dian)池背(bei)后的(de)化學體(ti)(ti)系是主要原因。一(yi)般而言，鋰(li)電(dian)池的(de)四個部分非常(chang)關(guan)鍵：正(zheng)極(ji)、負(fu)極(ji)、電(dian)解質、膈膜。其(qi)中正(zheng)負(fu)極(ji)是發生(sheng)化學反(fan)應的(de)地方，相當于人體(ti)(ti)“任(ren)督二脈(mo)”。
由(you)于目前負極材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)能(neng)量(liang)(liang)密度遠大于正(zheng)極，正(zheng)極材(cai)(cai)(cai)料(liao)就成為了(le)“木桶的(de)短板(ban)”——鋰離子(zi)電池的(de)能(neng)量(liang)(liang)密度下(xia)限取決于正(zheng)極材(cai)(cai)(cai)料(liao)，所以(yi)提高能(neng)量(liang)(liang)密度就要不斷升級(ji)正(zheng)極材(cai)(cai)(cai)料(liao)。但(dan)是，我國(guo)高鎳材(cai)(cai)(cai)料(liao)開發起步晚(wan)，技術(shu)積累較(jiao)為薄弱，制備工藝及裝備條件較(jiao)為落后。
“批量(liang)穩定供應(ying)高(gao)(gao)性(xing)能的(de)(de)高(gao)(gao)鎳(nie)正極(ji)材(cai)料(liao)(liao)，是高(gao)(gao)比能量(liang)動力電池開發的(de)(de)關鍵技術難點之(zhi)一。”吳(wu)凱說，為此，寧德(de)時代依托國家(jia)工(gong)程(cheng)研(yan)(yan)究中心、福建省重點實驗室等重大科研(yan)(yan)平臺，通(tong)過與產(chan)(chan)業鏈上下游合作單位的(de)(de)協同開發，優化原材(cai)料(liao)(liao)合成工(gong)藝條件，提高(gao)(gao)結構(gou)穩定性(xing)，調(diao)整微觀結構(gou)、控制材(cai)料(liao)(liao)形貌和尺寸分布，逐步實現了國產(chan)(chan)高(gao)(gao)鎳(nie)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)規模化生產(chan)(chan)及應(ying)用。
與日韓競爭對手的同類材(cai)料相比，目前(qian)國產高鎳材(cai)料具備(bei)可逆容量高、壓實密度高、表(biao)面(mian)及體相結構相對穩定的特點(dian)，將打(da)破(po)日韓技(ji)術壟斷，提升國內產業鏈(lian)技(ji)術水(shui)平及國產動(dong)力電池核心(xin)競爭力，打(da)掉創新路(lu)上(shang)的“第 一只攔路(lu)虎”。
顛覆傳(chuan)統(tong)解決負極材料(liao)的(de)硬傷
負(fu)(fu)(fu)極(ji)材(cai)料(liao)也是鋰(li)離子電(dian)池的(de)(de)核心材(cai)料(liao)之一，目前(qian)大多(duo)采用石(shi)墨作為負(fu)(fu)(fu)極(ji)材(cai)料(liao)。隨著對續航里程(cheng)需求的(de)(de)持續升級(ji)，傳統石(shi)墨負(fu)(fu)(fu)極(ji)已不能滿(man)足市場對電(dian)池能量密度的(de)(de)期(qi)望。
據測算(suan)，硅基(ji)負極(ji)材(cai)料(liao)(liao)的比(bi)容量(liang)可(ke)達石墨負極(ji)的10倍，被(bei)看(kan)作是后者的“替代者”。傳統硅基(ji)材(cai)料(liao)(liao)的應(ying)用(yong)，主要采用(yong)碳包覆技(ji)術，即(ji)在硅材(cai)料(liao)(liao)表(biao)(biao)面復合一(yi)層碳材(cai)料(liao)(liao)。吳凱(kai)介紹，但由(you)于硅材(cai)料(liao)(liao)充放電(dian)過程中體積(ji)變化高達300％，多次(ci)循環后表(biao)(biao)面包覆的碳材(cai)料(liao)(liao)會破碎、脫落(luo)，對硅材(cai)料(liao)(liao)的保護作用(yong)大幅減弱，從而導致電(dian)池循環性能(neng)不佳。
這(zhe)一(yi)世(shi)界(jie)(jie) 級(ji)難(nan)題(ti)如(ru)“幽靈”一(yi)般困擾產業界(jie)(jie)10來年之久。
寧德(de)時代摒棄了傳統碳(tan)包覆技術，轉向研究(jiu)人造電解質界面膜包覆技術。歷時2年多，將(jiang)這(zhe)一技術應用到硅材(cai)料制備，開發(fa)出(chu)具有自主知識產權的(de)新(xin)(xin)型人造電解質界面膜包覆的(de)硅碳(tan)復合負極材(cai)料，其循(xun)環性能表現顯著優于國外產品，打掉(diao)創新(xin)(xin)路上的(de)“第二只攔路虎”。
“與碳材(cai)(cai)料(liao)相比，人造電(dian)(dian)解質界(jie)面膜與硅(gui)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)結合作(zuo)用力更強、彈性更好(hao)、不易破碎或粉化，對硅(gui)材(cai)(cai)料(liao)起到很好(hao)的(de)(de)保(bao)護(hu)作(zuo)用，因此(ci)能(neng)夠(gou)在循環(huan)中大幅(fu)提(ti)高硅(gui)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)界(jie)面穩定性，從而提(ti)升電(dian)(dian)池的(de)(de)循環(huan)壽命。”吳凱說，此(ci)舉將促(cu)進我國充分掌握材(cai)(cai)料(liao)改性、前驅體合成等多方面的(de)(de)核心技(ji)術(shu)(shu)，實現關(guan)鍵(jian)材(cai)(cai)料(liao)技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)國產化，為硅(gui)碳復(fu)合負極的(de)(de)逐步(bu)商(shang)業化推(tui)廣應用提(ti)供了重要保(bao)障(zhang)。
完美“瘦身”率先(xian)使(shi)用航(hang)空級別的“7系(xi)鋁”
在能(neng)耗不變，體積和(he)重量都受限的(de)情況下(xia)，新能(neng)源汽車(che)續航里(li)程，主要取(qu)決于電池(chi)包的(de)能(neng)量密度。
“這就考驗(yan)研(yan)究人員為電池(chi)(chi)包‘瘦身’的(de)(de)能(neng)力。”吳(wu)凱說，寧德時代(dai)首次將航空(kong)級別(bie)的(de)(de)“7系鋁”運用(yong)(yong)至電池(chi)(chi)包下箱(xiang)體。“7系鋁”，鋁中的(de)(de)“戰斗(dou)鋁”，常(chang)被用(yong)(yong)于制(zhi)造飛機起落架，具備輕盈(ying)、堅固、安全等特性。
吳(wu)凱告訴記(ji)者(zhe)，“7系鋁(lv)”應用也具有(you)很多(duo)風險(xian)，特(te)別是(shi)應力腐蝕(shi)(shi)現象（金屬材料在某些特(te)定的(de)(de)介質中，由于腐蝕(shi)(shi)介質和應力的(de)(de)共同作用而發生斷(duan)裂(lie)）。
“業(ye)內普遍認(ren)為這是(shi)(shi)‘7系鋁’的技(ji)術難點，甚至是(shi)(shi)技(ji)術禁(jin)區(qu)。”吳凱說，為此，他們(men)通過上百(bai)項的實驗及相關工藝改善，使得(de)應(ying)力腐蝕指數控制在行業(ye)內高水平。目前，寧德時(shi)代(dai)已(yi)成功開發出“7系鋁”下箱體，并已(yi)量(liang)產。
至此，該企業電池包下(xia)箱體輕(qing)量化設(she)計已處于領先水平。這一全新能(neng)量密度的動力電池，能(neng)使(shi)B級純電動轎車(che)(che)電池倉在(zai)現(xian)有基(ji)礎(chu)上(shang)，不額外增加空間，載能(neng)量（裝載電池的總電量）即可提升(sheng)約50％；車(che)(che)載動力電池系統能(neng)量提高50％；整車(che)(che)重量可在(zai)現(xian)有基(ji)礎(chu)上(shang)減重250公斤，使(shi)該車(che)(che)型(xing)標準工況續駛里程(cheng)提高到600公里以上(shang)。
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