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中國是世界最大的一次能源消費大國，一次能源對外依存度較高，急需建立多元供應體系。作為新能源技術之一，鋰離子電池儲能技術可解決一次能源不足問題，推動能源供給革命。2007年起，昆明理工大學鋰離子電池及材料制備技術國家地方聯合工程實驗室以電化學儲能為方向，對鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等電池材料展開研究，嘗試基于電化學原理破解材料中的技術瓶頸。經過多年努力，該團隊研究開發(fā)了高性能多元氧化物電極材料制備技術。今年，該項目獲云南省技術發(fā)明一等獎。
“云南省鋰、鎳資源豐富，掌握鋰離子電池材料制備的關鍵金屬資源，為團隊發(fā)明奠定了基礎。”鋰離子電池及材料制備技術國家地方聯合工程實驗室主任、昆明理工大學黨委書記張英杰說，三元正極材料具有價廉、低毒、高比容量等優(yōu)點，是最有應用前景的動力電池正極材料之一。但低鎳材料鋰離子擴散速率慢，高鎳材料鋰鎳混排、表面高堿性是其固有缺陷。因此，必須設計開發(fā)電子/鋰離子傳輸性能良好、結構穩(wěn)定的儲鋰結構，突破大容量、高安全、長壽命三元正極材料的技術瓶頸。
對此，團隊經過多年探索，從穩(wěn)定晶面暴露和調控顆粒團聚兩個角度，自主研發(fā)出兩種具有革命性的創(chuàng)新技術。超聲波—表面活性劑輔助技術能夠消除體系內局部濃度不均勻的問題，從而提高反應速率，促進反應產物的生成。鋰離子通過擴散作用抵達晶面發(fā)生反應，將晶面直接暴露出來，有利于減小鋰離子擴散距離，提高材料大倍率充放電性能，從而大幅度提高動力電池充電效率。顆粒結構定向調控技術構筑高穩(wěn)晶面暴露且高致密聚合的層狀儲鋰結構。在這種儲鋰結構中，各儲能基元均勻分布且緊密相連，有助于提升高鎳三元材料的使用壽命和安全性能。同時，通過對材料表層結構進行離子濃度的梯度分布設計，確保材料具有優(yōu)異的電化學穩(wěn)定性。
在新技術下，電池1C容量達184.6 mAh/g，循環(huán)1000次容量保持率為93.8%；在60℃環(huán)境下可存儲30天，容量保持率和恢復率分別為91.1和97.6%，高于同類產品；DSC測試放熱起始溫度239℃，高于國內外同類產品的230℃至233℃。
目前，高性能多元氧化物電極材料關鍵制備技術已在云南能投匯龍科技股份有限公司、深圳市雄韜電源科技股份有限公司等6家省內外企業(yè)實現推廣應用，生產的NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等正極材料廣泛應用于3C數碼產品、電動工具、動力電池等領域。近3年來，該技術累計新增銷售額近6億元，顯著提高了低鎳三元正極材料倍率性能，以及高鎳三元正極材料的結構和熱穩(wěn)定性能，整體技術達國內領先水平。（昆明日報 記者張怡）
