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富铝锂技术
ALUMINUM-RICH LITHIUM BATTERY

富铝锂电池技术是电将军集团与中南大学历时五年合作开发的具有自主知识产权的高科技技术,成功在湖南电将军新能源有限公司产业化。该技术的核心是通过富铝天然矿物对电极材料和隔膜进行改性,同时还突破了高离子/电子输运特性电极材料的制备技术、宽温电极液技术和高功率电池结构设计等关键技术,极大提升了电池的高功率性能,能够150C高倍率放电;富铝锂电池也具有良好的低温性能,可在-40℃~70℃宽温范围内使用,满足电池在高原高寒地区的应用;同时富铝锂电池具有极好的安全性能,电池在挤压、针刺、跌落、短路、过充、过放等滥用情况下,电池不起火、不爆炸。 

基于高性能的富铝锂电池,结合新型电池管理系统的研究,开发了汽车应急启动电源、军用电池和户外储能电源等产品,满足在军工、车辆应急启动和户外储能等领域的全天候应用,覆盖高原、高寒全地域的应用。广东电将军和湖南电将军合计共申请富铝锂电池技术有关专利86项,其中发明专利36项,实用新型专利47项,美国专利3项,已获批47项专利。

一、核心技术:

1、高输运特性电极材料技术

富铝锂电池是通过富铝天然矿物,包括铝土矿、黏土等,对正极材料和隔膜进行表面改性,提高电池的倍率性能、低温性能和安全性能。首先将富铝天然矿物通过砂磨粉碎到纳米级别,然后与正极材料进行混合砂磨,充分混合后进行热处理,在热处理过程,富铝天然矿物中的金属离子(Mg2+、Ca2+、Si4+、Al3+等)扩散到正极材料内部,实现了表面梯度掺杂,同时,部分富铝天然矿物直接转化成氧化物(Al2O3、SiO2、MgO等),包覆在正极材料的表面。富铝天然矿物对正极材料的改性同时起到掺杂和包覆的作用,提高了正极材料的离子/电子电导率,形成了完善的包覆层,极大的改善了电极材料的倍率性能、循环性能和热稳定性。

2、高性能隔膜改性技术

通过富铝矿物,对隔膜进行表面涂覆,使隔膜表面形成了一层耐高温涂层,使隔膜的热收缩温度大幅提高,从目前的110℃提高到200℃以上;同时,这层富铝材料涂层具有良好的吸液保液能力,使电池内部电解液丰富,并分布均匀;富铝材料改性的隔膜与正负极极片在热压过程中形成了牢固的界面结合。因此,改性隔膜可以提高电池的安全性能和循环性能。与其它类型锂离子电池电池相比,富铝锂电池具有优异的安全性能、倍率性能和低温性能。

3、高功率电池匹配的电化学体系技术

富铝锂电池技术中,正负极匹配、电极/电解液界面匹配等对电池高功率性能起重要作用,而电极/电解液界面输运特性尤为关键,而界面的稳定性取决于SEI膜的致密性与稳定性。而高功率型电化学体系中,电解液的不稳定性,正极的过渡金属离子溶解性,导电添加剂、负极表面存在一些官能团等,这些都有可能产生一些副反应,引起界面的不稳定。因此,基于高功率特性的高性能电解液设计、功能添加剂的设计,构建稳定的具有高离子导通性能的电极/电解液界面对于功率型电池是关键,也是技术难点所在。需要从电池的材料、设计、仿真、工艺和验证方面入手,构建高比功率和低温兼顾的电化学体系。

4、富铝锂高功率启动电池性能测试评价技术

在对高功率电池进行大量性能测试的基础上,建立电池环境试验数据和电池性能试验数据库,通过电池特征参数的测试和数学模型建立预测电池性能。结合失效分析,了解造成富铝锂电池产品不可靠的主要原因(主要失效模式和失效机理),并迅速反馈到设计或制造工艺步骤,提出改进及纠正措施,能够为电池研制、开发赢得时间,大大提高试验效率,降低试验耗损。提供锂电池性能快速预测和安全性能早期预判的方法。

二、产品特点

1、高功率特性

富铝锂电池技术突破了高离子/电子输运特性电极材料的制备技术、宽温电极液技术和高功率电池结构设计等关键技术,极大提升了电池的高功率性能,应急启动电源可满足150C高倍率放电。

2、高安全性

富铝锂电池通过对正、负极材料和隔膜的改性,高安全电解液的开发,以及电池结构设计,具有极好的安全性能,电池在挤压、针刺、跌落、短路、过充、过放等滥用情况下,电池不起火、不爆炸。

3、耐低温

开发了耐高、低温的宽温电解液,使电池在低温下具有良好的功率特性,满足车辆在-40℃低温下启动及户外应用。

4、高能量密度

采用高容量电极材料和优化的工艺设计,在保证功率的情况下电池的能量密度高达150-220Wh/kg,使启动电源体积小重量轻,方便携带。

三、应用领域

由于富铝锂电池具有颠覆性的技术突破,除显著提高汽车应急启动电源应用性能之外,也大大拓宽了锂电池的应用领域和应用环境。

1、汽车应急启动电源

汽车启动需要极大的功率,基于富铝锂电池技术,开发了超高倍率、低温电池。电池可在150C倍率下放电,满足任何汽车的启动。同时电池可在-40℃低温下高倍率放电,能够应用到坦克、装甲车、军用卡车、汽车电站等武器装备的应急启动。开发了多功能汽车应急启动电源产品,远销世界各地,可在任何环境下应用。

2、军用电池

针对战场环境多样性的特点,基于富铝锂电池技术,开发了耐高低温、高安全的电池。电池可在-50~70℃范围内应用,更重要的是电池在过充、过放、短路、针刺、挤压、枪击、重物冲击、高温烘烤等滥用条件下保证安全,不会起火、爆炸。目前,公司已开发出北斗手持仪电池、军用笔记本电脑电池、单兵作战系统电池、军用通信后备电源、军用无人机电池等军用电池。

3、户外储能电源

由于富铝锂电池突破锂离子电池的低温充电问题,电池在无需任何辅助加热的情况下,可在-40℃低温环境下充电。开发了风光储一体化路灯储能电池、户外便携式储能电源等产品。