近日，在第二十五届中国国际高新技术成果交易会上，中国科学院深圳先进技术研究院的科研团队展示了一种新型锂电池，该电池可以在零下70℃到零上80℃的宽温域内正常使用。
据介绍，这是我国首款具有宽温域、低成本、长寿命的电芯产品，相关产品可以应用于光伏储能、家庭储能、通讯基站储能、轨道交通、航空航天、极地科考等领域，尤其适用于高寒地区及亚热带地区，显著扩大了电池的应用范围。
目前，这项新型锂离子电池技术已实现了储能、动力等多个应用领域的电芯产品的规模化量产，并已于今年6月在我国东北等地分布式储能领域开展应用示范。
图片来源：中国科学院深圳先进院
由于传统锂离子电池受到电池材料的限制，工作温度在0~40℃之间，低于0℃后锂电池放电性能显著下降。然而，我国地域广阔，气温随地域和季节变化大，北方地区冬季温度可以低至零下40℃以下，而南方地区夏季地表温度高达零上50℃以上。传统锂离子电池无法适应这样极端的温度条件，会导致北部地区清洁能源如太阳能、风能等难以直接并网供电，并且在冬季电动车无法启动、夏季电动车自燃等问题频发。
为解决这一问题，该团队历时近10年，成功研发出了一种既抗冻又耐热的新型锂离子电池技术，能够同时兼顾低温与高温性能。
该团队主要在负极材料和电解液体系方面进行了深入研究。目前，电池的正极材料技术已接近“天花板”，要提升性能，负极材料仍有发展空间。因此，团队研发了一种新型铝基复合负极材料，并通过与商用锂离子电池正极材料匹配，针对不同应用场景研发了相应的电解液体系，成功开发出了新型铝基磷酸铁锂电芯、铝基锰酸锂电芯、铝基钴酸锂电芯和铝基三元电芯等超宽温域电池产品。
值得一提的是，该电池产品除了耐热抗冻的特性以外，还具有高安全、长续航、快充和低成本的优势。
在安全性能方面，常规锂电池随着使用不断产生锂枝晶，既影响充电能力，还可能刺穿隔膜，带来电池短路等隐患。而团队开发的新型铝基负极在低温和过充条件下能有效缓解锂枝晶的产生，提高了安全性。
在续航性能上，得益于铝基负极材料高的理论容量，该电池能量密度较传统锂离子电池提升13%～25%，能实现长续航。此外，由于铝基复合负极的优异导电性能，产品还表现出卓越的快充性能，20分钟即可充满电，为半小时充电需求提供了解决方案。
在成本方面，基于铝基复合负极的性能优势，并结合开发的高性能电解液体系，低温电池产品可以摆脱对昂贵的纳米级正极材料的依赖，电池成本可以降低10%-30%。
据深圳先进院转化处处长吴小丽介绍，基于新型电池技术，该团队23项相关专利依托深圳先进院，以知识产权作价6500万元，成功实现技术转移转化，并于2017年3月成立深圳中科瑞能实业有限公司。此外，团队已在四川广元启动建设超宽温域电芯和PACK制造基地，占地200亩，首期投资规模12.7亿元。
经过团队多年的技术攻关，新型宽温域电池技术已成熟并进入市场推广阶段，目前已与电动自行车头部企业、新能源汽车头部企业、能源头部企业、能源领域央企等建立了广泛且深入的合作。提供的批量电芯性能评估已满足使用需求。
相关企业实测结果表明，使用针对低速电动车开发的铝基ǁ锰酸锂电芯产品针对新能源汽车开发的铝基ǁ磷酸铁锂电芯产品可在-30°C锂电条件下高效充电，充电容量超过初始容量的91%，将有望解決电动汽车冬季续航缩水和低温启动困难的难题。
来源：中国科学院深圳先进院
