全球首个“巨无霸”圆柱形锂离子电池下线

5月 5, 2022 成功案例

人民网天津5月22日电 日前天津大学和北京天路能源有限公司通过产学研合作开发的超大容量圆柱形单体400Ah“巨无霸”锂离子电池在全球锐开先河,成功投入小批量生产。该产品具有超高容量、安全性好、循环寿命长、“零污染”等优势,可广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统,邮电通讯的不间断电源上,电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天及人民生活中的各个领域,具有巨大的经济效益和社会效益。

5月21日,天津市科技评价中心组织有关专家在天津大学召开了天津大学和北京天路能源有限公司合作完成的“圆柱形单体400Ah磷酸铁锂/钛酸锂锂离子电池的制备”科技成果鉴定会。中国工程院院士杨裕生等专家一致认为:该成果系统研究并解决了圆柱形动力锂离子电池在正负极材料匹配、工艺配方优化和电池内部结构设计等方面存在的关键技术难题;采用了热稳定性良好的磷酸铁锂作为正极材料,首次采用“零应变”材料钛酸锂作为负极材料,制备了圆柱形单体400Ah超大容量的锂离子电池,显著提高了电池的热稳定性、安全性和循环寿命;该产品国际首创,成果达到了国际先进水平。目前,该“巨无霸”电池下线已投入了小批量生产,明年将在辽宁省锦州国家级经济技术开发区龙栖湾正式投产。

据悉,目前国际上已报道的圆柱形单体锂离子电池最大容量为50Ah。我国研制的这种圆柱形单体400Ah电池的容量堪称世界“巨无霸”。据该项目负责人,天津大学教授唐致远介绍,当前电动汽车领域普遍采用众多小容量锂离子电池通过串并联的方式提供动力,比如驱动一辆12米长33座电动大巴至少需要数千块10 Ah小电池进行串并联组合。这种方式会使电池管理系统(BMS)和控制系统过于复杂,从而增加了电池安全隐患等问题。而采用这种“巨无霸”电池恰恰突破了这个“瓶颈”,只需200块左右的电池就可以了。大大减小了控制过程中实现均衡的难度,提高了汽车的安全性和经济性。

目前各类电站能源储存的方式主要是依靠铅酸蓄电池。铅酸电池低温性能差、寿命短,且含有铅污染,在其废弃后若处理不当仍将对环境够成二次破坏。锂离子电池一般无污染,但容量往往无法达到储能要求。而该“巨无霸”电池超大的容量适合在储能领域广泛应用,而且电池的热稳定性好、安全性强且循环寿命长。

在正负极材料上,该电池首次结合应用了热稳定性好及结构稳定的磷酸铁锂和钛酸锂电极材料,提高了电池的安全性能,不会造成因过充、高温、短路、撞击而产生爆炸。其不锈钢的“外衣”则具备热传导速度快、散热性强、耐压和抗撞击性好的特点。与一般方形叠片电池相比,该电池圆柱形的内部结构也大大降低了在外力冲击和振动条件下出现的极片错位、材料脱落的可能性。在使用寿命上,该电池预计的循环次数达到8000次以上,是一般锂电池寿命的2~4倍。

该成果属绿色能源产业。在电池的生产、制备和回收全过程中完全无任何污染。电动汽车相比汽柴油汽车具有良好的经济效益,以12米长33座城市运营大巴为例,一般百公里耗柴油25升,每升柴油6元,费用150元;而同样大小的电动大巴使用了这种“巨无霸”电池,则行驶 200 公里需充电一次,每次 6 小时,约需用电150度,那么百公里费用为37元,是同等大巴的1/4。

1996年,天津大学与北京天路能源有限公司前身亚特兰大公司就开展了产学研专项合作,2008年,北京天路能源有限公司与天津大学签订了全面合作协议,深化产学研合作领域。近年来,双方致力于开发和应用绿色低碳能源,研发出磷酸铁锂/钛酸锂系列锂离子电池。继2009年完成了圆柱形单体90Ah锂离子电池小批量生产以来,在多次实验室和小试生产的基础上,他们又合作研制出了圆柱形单体200Ah和400Ah锂离子电池。今后,他们还将继续研发更大容量的“绿色”锂离子电池,并在性能上进一步改善,以满足不断变化与增长的市场和环境的需要。(朱虹、李丹、孙亮)