[01918180]超高功率和能量密度锂离子电池关键材料核心技术

锂离子电池因其具有高能量密度、长循环寿命、低自放电率、无记忆效应等优点， 已在便携式 电子设备、新能源汽车、智能电网等领域得到了广泛应用。传统锂离子电池能量存储密度高，但无 法大功率输出，难于满足大功率装备对高效能电源系统的需求。而双高型锂离子电池能同时发挥 高比能量和高比功率性能，满足电动飞行平台、航空航天、特种装备等领域对长续航、高机动性、大 功率输出的应用需求。然而，如何平衡电极材料的容量、电压、离子电子传输、界面稳定性和机械应 力变化等，以及如何优化电池结构设计，兼顾整体能量、功率性能和安全性， 仍是双高型锂离子电 池当前面临的主要挑战。

锂离子电池的能量密度主要取决于正负极材料的比容量、平均工作电压以及活性材料面载 量。而锂离子电池的功率密度主要取决于正负极材料的三传（离子传输、电子传输和热量传出）。在 低电流密度下，电荷转移过程支配着电化学动力学；随着电流密度的增加，离子扩散起主导作用。 离子 / 电子传输依赖于电池各组分（包括电解质、集流体、黏接剂、隔膜等）的内阻，其中内阻又分 为欧姆阻抗、极化、阻抗和浓差阻抗。因此，双高型锂离子电池的设计开发应重点围绕以下策略：

（1）选择具有较高比容量的正负极材料，并优化其结构形貌以提高其利用率；

（2）选择高电压正极材料和低电压负极材料；

（3）通过微纳化、构筑导电网络、孔道结构设计、梯度设计和取向设计等提高厚电极的导电性 和导离子性以降低其内阻；

（4）通过溶剂、锂盐和添加剂的成分调控，设计耐高压抗氧化、高离子导通及热稳定的电解质；

（5）优化正极、负极材料和电解质之间的匹配关系以提高电池整体效率。其中关键电极和电解 质材料机器储能机制是双高锂离子构筑的核心问题。

通过本项目的实施，拟实现以下目标：

（1）形成 100 吨级正极材料生产技术工艺包，建成一条 10 吨级示范生产线。

（2）研发 1-2 种以上超快充、高比能、长寿命层状正极材料。设计指标高于 50 C 快充，3000 圈 循环容量保持 80%。

（3）获得 2 种耐高压（ >4.8 V）、高离子电导率（10 mS/cm）、正负极兼容性好的电解液。

（4）获得兼具高能量和高功率的双高锂离子电池，能量密度高于 200 Wh/kg 、功率密度高于

100 kW/kg、循环寿命大于 2000 圈。