当前位置:主页> 动力电池>

数据说话:单体能量密度350Wh/kg来看这家公司如何做到的

今天跟大家分享的是美国在高能量密度锂离子动力电池方面的研发进度,大家都知道中国的动力电池开发目标是2020年能量密度达到300Wh/kg。放眼全球虽然在电池领域中日韩三足鼎立,但是美国作为世界唯一的超级大国对于动力电池的开发有着怎样的目标和计划呢?

主导美国电池研发的机构之一是USABC,United States Advanced Battery Consortium(美国先进电池联盟)其任务是开发电化学能量储存技术,以支持燃料电池、混合动力和电动汽车的商业化,是美国能源部重要的合作伙伴。

下面就是USABC在锂电池材料,单体和模组上的开发目标摘要

单体能量密度350Wh/kg来看这家公司如何做到的

今天要分享的是大家都很熟悉的Amprius(安普瑞斯)公司在车用动力电池领域的最新开发进展。

Amprius最为大家所熟知的莫过于其创始人崔屹和其团队开发的硅纳米线(silicon nanowires)负极材料了。

单体能量密度350Wh/kg来看这家公司如何做到的

硅纳米线技术有如下特点:100%纯硅负极在不损害电池的机械稳定性情况下正常的膨胀和收缩,并且电极厚度达到石墨的1/3-1/5,高涂布loading,好的导电性和倍率性能。

1,技术路线

为了实现USABC的高能量密度的目标,在负极上肯定要匹配硅材料,正极也必须选择高镍三元材料来匹配电池体系,另外电解液和其他材料也选用了目前最先进的产品。刚开始是先开发硅负极和其他电池材料体系用于2Ah的小软包电池来减小目标差距。然后在进一步降低风险的情况下放大电池形状到10Ah,作为中试级别样品。最终再开发出40Ah动力电池标准产品交付量产。

硅纳米线的容量在1200-1600mAh/g,要完成目标主要是依赖于正极材料的重量和体积比能量的提升,下面是以已经开发法完成的10Ah电池为例对比了电池各个材料在重量和体积两个指标上的影响。

单体能量密度350Wh/kg来看这家公司如何做到的

2,项目完成情况

2.1,能量密度方面

目前最高做到了单体370WH/kg的能量密度,在能量密度上已经超出USABC目标,下面是选用不同的正极三元材料搭配硅纳米线负极,分别在2AH,10AH,和40AH的电池上的能量密度表现。红色的线是USABC2020年的目标。

单体能量密度350Wh/kg来看这家公司如何做到的

单体能量密度350Wh/kg来看这家公司如何做到的

2.2,循环寿命/高温性能

主要是通过新的电解液配方或添加剂和电芯的化成制度上做了改善,使50℃的高温循环寿命提升了150%左右。

单体能量密度350Wh/kg来看这家公司如何做到的

*Si/NCM-70%Ni, 0.5C/0.5C, 2.75-4.1V

2.3 DST(动态应力测试)循环寿命

Si/NCM-70%Ni体系电池在BOL时能量和功率密度上都可以基本满足目标,DST常温循环的下降主要是来自于大概320周时电池功率的衰减。(RPT1-3指的是循环时间/月)

单体能量密度350Wh/kg来看这家公司如何做到的

单体能量密度350Wh/kg来看这家公司如何做到的

*Si/NCM-70%Ni,10Ah cells,at30°C(测试结果来源于Idaho国家实验室)

2.4,日历寿命

在满电高温存储的情况下电池体积,容量,内阻的变化情况:

体积变化测试方法为浸没排水法

*体积变化测试方法为浸没排水法

高温存储后容量恢复率表现

*高温存储后容量恢复率表现

*高温存储后内阻的变化情况

*高温存储后内阻的变化情况

由以上对比数据我们可以看到使用新的电解液添加剂(代号280-->651)可以显著减少电池的高温产气和提高存储容量的恢复率。

日历寿命的能量和HPPCG功率测试的衰减情况

*日历寿命的能量和HPPCG功率测试的衰减情况

从上面数据可以看出,Si/NCM-70%Ni, 10Ah cells在RPT4(常温30℃)128天的时候能量只有2.8%的衰减,在50℃下的改善与第一年的结果相比非常明显,另外老化温度与衰减速度之间的关系尚不清楚。

2.5,其他的测试情况

高倍率充电方面-目标80%:目前可以做到15分钟充电84.5%;

低温新能-目标-20℃ 70%:目前可以做到62%离目标还有不到10%的差距;

工作温度:在-40℃和60℃都通过测试;

自放电测试-目标<1%:目前可以做到在30天内<0.1%

3.目标差距表测试数据

三元正极材料+硅纳米线电池目标差距表

*三元正极材料+硅纳米线电池目标差距表

三元正极材料/钴酸锂+硅纳米线电池目标差距表

*三元正极材料/钴酸锂+硅纳米线电池目标差距表

4,未来的工作

4.1,继续优化电芯增加能量密度,循环和日历寿命

评估运行电压范围对循环寿命的影响

采用DOE实验方法,减少筛选和优化新电解质配方的实验次数

采用循环寿命和高温(50 °c)贮存方式实现快速筛选电解液

在2Ah 和10Ah 的电池中验证最好的电解质配方

4.2,完成对10Ah 电池性能的测试,达到差距表的规格

上一篇:【涂布技术】史上最全的锂电池涂布技术工艺大全
下一篇:锂离子电池容量“跳水”背后元凶:非均匀压力
责任编辑:huangsilin

相关新闻

精彩推荐

请自觉遵守互联网相关政策法规,作者可以直接删除恶意评论、广告或违禁词语
用户名: 验证码:点击我更换图片