石墨化软炭材料用作锂离子电池负极活性材料时的共性

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1、报告编号：20131617合同编号：20130318123科技查新报告项目名称：新一代锂离子动力电池关键技术及产业化委托人：东莞市安德丰电池有限公司委托日期：2013年3月18日查新机构（盖章）：广东省科学技术情报研究所查新完成日期：2013年3月20日中华人民共和国科学技术部二ООО年制查新项目名称中文：新一代锂离子动力电池关键技术及产业化英文（国内外）：查新机构机构名称广东省科学技术情报研究所通信地址广州市连新路171号科学馆大院内科技信息大楼九楼查新检索中心邮政编码510033电子邮箱ywb303@1

2、63.com负责人曾祥效电话020-83561171传真020-83560508联系人余文斌电话1020-83561171-808电话2020-83560462-808一、查新目的立项查新二、查新项目的科学技术要点目前，电动汽车发展面临两大关键问题，一是充电时间长、续驶里程短、成本高，二是电动汽车特别是电池带来的安全性问题。针对第一个问题，业内对动力型锂离子电池性能提出更高的要求，例如，比能量高、比功率大、自放电少、使用寿命长等。正负极材料是锂离子动力电池中最为关键的原材料，除制约上述电池性能之外，正负极材

3、料及其与电解质和隔膜的匹配技术，也是影响电池安全性的重要因素。为解决电池安全性问题、除了在电池材料和电池设计制造环节着手之外，单体电池组成电池模块和电池堆后的热管理技术也是至关重要的技术环节。正极材料钴酸锂最大的问题是安全性差、循环寿命短；锰酸锂安全性比钴酸锂好很多，但高温环境的循环寿命更差（500次）。磷酸铁锂放电功率高、成本低、可快速充电且循环寿命长（2000次以上），安全性性能较好高，但是存在放电电压低，振实密度低等不足。层状Li-Ni-Co-Mn-O系列材料（简称三元材料）较好地兼备了三者的优点，被

4、认为是动力型锂离子电池的理想正极材料。而对于负极来说，目前商业化的材料通常是各种形态的炭材料。石油焦是最早使用的第一代负极材料。随着中间相炭微球(MCMB)的发明，出现了以其为代表的第二代石墨基炭材料。现在人们正在开发和使用第三代负极材料，如改性石墨材料、热解硬炭等。目前商业化石墨负极材料存在的主要问题是：实际比容量提高空间较小；倍率性能差，不能满足快速充电的需求。在人们对新一代动力型锂电池的能量密度和大倍率性能提出了更高要求的现实需求下，新一代的负极材料开发势在必行。石墨烯具有比硅高100倍的载流子迁移率

5、(2×105cm/Vs),在室温下具有微米级自由程，它还具有良好的导热性[3000W/(mK)]、高强度(110GPa)和超大的比表面积(2630m2/g)。这些优异的性能使得石墨烯在锂离子动力电池负极材料的应用中具有光明的前景。鉴于以上技术现状和趋势，本项目以提高锂离子动力电池比能量、比功率、安全性、运行寿命和降低成本为目的，系统研究和开发新一代锂离子动力电池用正负极材料的产业化制造技术、动力电池的设计与制造技术以及电池模块的热管理技术。分别采用石墨烯、三元材料作为负极和正极，与合适的隔膜及电解液进行匹配

6、，开发出满足电动汽车市场要求的动力电池，电池模块比能量达到150Wh/Kg以上，成本降至2元/Wh以下，循环寿命稳定达到2000次。并初步实现产业化。研发及产业化成功后，将能够大幅提升车用锂离子动力电池性能水平，有效降低产品成本，解决制约电动汽车发展的一系列关键技术瓶颈问题，促进我省乃至全国电动汽车产业健康和加快发展。本项目协作单位深圳市翔丰华科技有限公司项目拥有石墨烯材料的制造技术及其在动力电池中的应用技术的知识产权；协作单位广东工业大学拥有本项目中涉及到的基于相变材料的电池热管理技术知识产权；项目牵头申

7、报单位东莞市安德丰电池有限公司拥有电池制造技术和成组技术知识产权。三、查新点与查新要求A、查新点：（1）本项目开发的面向产业化的动力型锂离子电池，采用自主研发石墨烯材料。通过开发氧化石墨烯还原和修复方法，大幅度降低产品的结构缺陷，使产品具有优异的性能；通过开发石墨烯分离提纯技术，实现石墨烯和石墨及氧化石墨的分离，使目标产品达到高纯度。（2）通过正负极材料与隔膜及电解液的优化匹配，以及电池物理结构的传热学与电学优化，设计制造单体电池，有效降低单体电池内阻，使个体之间的差异降到最小。应用电池动态筛选技术来解决电

8、池组匹配问题。筛选技术与化成分容设备结合在一起，在模拟工况充放电环境下测量单体电芯的充放电曲线、动态内阻和极化电压等参数，配合电池的静态参数作为配组的依据。（3）本项目开发的电动汽车电池热管理系统，采用相变材料与强导热性物质组成的复合材料吸收电池大电流放电时产生的热量，保证电池组在适宜温度下工作。以5C放电，电池内部温度≤50℃，内部温差≤5℃。温度和电性能得到均衡控制，很大程度上提高了电池组的安全性和寿命。B、