[01064569]磷酸铁锂材料及其动力电池制造过程技术

该项目是材料与电化学工程交叉学科。磷酸铁锂(LiFePO<,4>)因其结构稳定、安全性好、循环寿命长等优点成为动力锂电池首选正极材料，是发展新能源汽车及智能电网储能等战略新兴产业重要技术支撑。该项目针对磷酸铁锂材料电导特性和低温性能较差、合成工艺复杂、应用系统设计不完善等问题，开展磷酸铁锂材料及其动力电池制造过程与应用系统技术研发。已获授权发明专利28项，实用新型专利24项，外观设计专利14项，美国专利公开1项。申请国际PCT专利2项，发表SCI论文18篇，SCI他引665次。主要发明点如下：发明点1：首次采用单质铁和磷酸铁为铁源，发明符合原子经济性的LiFePO<,4>合成新反应，通过反应粉碎及高温热处理结合获LiFePO<,4>/C材料，其放电容量达到165mAh/g，接近其170 mAh/g的理论容量，率先提出F取代部分磷酸根的磷酸铁锂复合材料改性技术。开发成功从单质铁制备纳米球形磷酸铁再到碳融合法制备纳米球形磷酸铁锂工艺，建成2000吨/年生产线。所生产的材料常温下倍率与功率特性优越，1C放电容量达134mAh/g，其全电池经900次循环，容量保持在90%以上，零下20℃放电效率达80%，该指标处于国际领先水平。“纳米磷酸铁锂动力电池正极材料”被认定为“江苏省高新技术产品”和“国家重点新产品”。发明点2：在国际上率先设计制造了60Ah、100Ah、200Ah等大容量磷酸铁锂动力电池，发展了相应的高性能硅-石墨烯等复合负极材料及其电极制造新工艺，研制了相应的电解液添加剂。发明了新型锂电池塑料壳体组方及制备方法，设计了外壁具有交错突起条纹、带有流胶槽结构的电池壳，有利于电池成组与系统散热。针对电动汽车和家庭储能应用，设计了66Ah卧式锂离子电池及高能量密度20Ah软包电池，电池结构紧凑、提高了活性物质的有效面积和电池比能量。发明点3：针对磷酸铁锂动力电池制造和应用，发明了新型锂离子电池、装配新工艺和电池筛选新方法。基于纳米磷酸铁锂，发明了铝箔预涂纳米导电碳底涂液的配置及其涂敷的方法，开发出纳米磷酸铁锂动力电池制造方法。生产出系列大容量磷酸铁锂动力电池，通过“北方汽车质量监督检验鉴定试验所”、“安标国家矿用产品安全标志中心”及“TUV南德认证”等权威机构的第三方检测。20Ah磷酸铁锂软包电池量产化产品的平均能量密度达到130Wh/kg，最高能量密度达134 Wh/kg，高于国内外同类产品。还发展了一系列新一代高能量动力电池材料新体系，开展锂离子电池储能系统低成本化制造技术研究。该项目研发的磷酸铁锂材料已在ATL、山东威能和中聚电池推广应用。所开发大容量磷酸铁锂动力电池在申沃、五龙、吉利康迪、江铃和众泰等车企应用。近三年新增产值4.6亿元，利润5000多万元，出口创汇1500多万美元。所开发的锂离子电池储能系统低成本化关键技术在比亚迪实施，建成全球最大的20MW锂电池储能电站，储能产品在国际上市场占有率第一。该技术于2015年1月通过教育部组织的成果鉴定。鉴定委员会认为该成果“在磷酸铁锂合成反应及材料纳米化方面处于国际先进水平，所提出的单质铁原子经济性磷酸铁锂合成反应为国际首创”。