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小材料大能量 驅動無人機藍天翱翔 無人機用高能量高倍率鋰電池鈷酸鋰正極材料的開發及產業化應用

作者:  來源:鳳凰網綜合  發布日期:2020-09-17 訪問量:

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在年輕潮人群體里掀起陣陣熱浪的無人機,可不單單只是一個??岬耐婢?#xff0c;真實的無人機已經滲透到了各行各業,成為了電力檢查好幫手、農民伯伯的好助理、航拍界的扛把子。在這些高風險、難操作的工作領域,無人機淋漓盡致地發揮了它的優越性,有了無人機的協助,這些平時需要耗費大量人力物力的工作,降低了操作性和風險性,提高了工作效率。取得這樣的成果,無人機可謂功不可沒。

然而小設備需要大能量,因其特殊的構造,無人機、航模等高功率設備要求鋰電池既具有高輸出功率,要既能滿足高速飛行和爬升,又具備高能量密度,以滿足無人機、航模等更長的續航時間。

北京當升材料科技股份有限公司率先開發出國內首款無人機用高能量、高倍率鈷酸鋰正極材料,在滿足無人機等高功率電池對高輸出功率要求的前提下,質量能量密度提升20%以上,體積能量密度提升25%以上,構建了單晶型高倍率鈷酸鋰材料,提升材料壓實密度,設計了新型的Core-Shell結構,實現了倍率型材料的高電壓應用。

成果應用領域包括無人機市場、航模、航拍、儲能、車用啟停電源等,目前產品已大批量供應日韓及國內領先電池企業,國內市場占有率高達60%,至今銷售額累計超過15億元,成果獲2018年北京市科學技術獎三等獎。

鳳凰網:鋰電池,這種輕巧可充電且性能強勁的電池,改變了人們的生活,鑒于鋰電池使用的快速增長,世界各地的研究人員一直在試圖找出可以提高其效率和性能的材料與研發方向,請您介紹下您的科研思路及方向?

當升科技代總經理陳彥彬:正極材料是鋰電池的核心關鍵材料,各種應用場景對鋰電池及其材料在能量密度、輸出功率、循環壽命、高溫存儲和安全性等性能方面提出了越來越高的要求。

(1)首先是高能量密度的應用。比如數碼消費類的手機、筆記本、以及電動汽車等對能量密度的要求很高,需要開發單晶型高電壓鈷酸鋰以及多元材料、高鎳含量的多元材料、富鋰錳基材料、固態電池關鍵材料等新型正極材料,同時盡可能提高材料的填充性,從而提高鋰電池能量密度。

(2) 其次是高功率的要求,比如無人機、電動工具、混合動力汽車、快充型的電動汽車等等對充放電倍率要求很高,需要縮短鋰離子的遷移距離,提升鋰離子擴散系數,實現電池的快速充放電。

要滿足這些關鍵的技術要求,從材料的結構設計到具體的實現工藝都要進行系統的優化,從前驅體結構及其合成工藝、正極材料的高溫固相結晶過程的優化與控制、材料的體相摻雜改性,到表面修飾處理,每一環節都要做到最優化,當然也包括量產過程中可靠的品質控制,每一步都很重要。

鳳凰網:也有觀點認為,鋰電池的發展很難再有大的突破,您如何看待這種說法?鈷酸鋰正極材料有哪些優勢與特點?

陳彥彬:新能源汽車尤其是電動汽車產業已經成為許多國家戰略性新興產業,鋰離子電池已經成為關鍵的技術支撐,并將長期作為主要的動力電池體系?,F有的鋰電池材料體系在能量密度、可靠性方面還有很大的提升空間,并且還在持續開發新型的鋰離子電池材料體系,應該說鋰離子電池在技術上的發展空間很大,產業化應用前景持續向好。當然目前面向電動汽車以及大型工業儲能應用的正極材料體系主要是多元材料、磷酸鐵鋰、以及未來的磷酸錳鐵鋰、富鋰錳基材料等等。

鈷酸鋰正極材料是最早成功商業化應用的鋰電池正極材料,具有體積能量密度高、適合于大倍率充放電的特點,在高端數碼領域和特殊應用的高功率領域,其地位難以被其他類型正極材料替代。

鳳凰網:“無人機用高能量高倍率鋰電池鈷酸鋰正極材料的開發及產業化應用”的研發經歷了幾個階段?現在是一個怎樣的研發與產業化應用狀態?產品有哪些優勢與特點?

陳彥彬:歷時5年完成開發,突破了多項關鍵技術,已于2015年實現量產,成為行業內首款兼具高能量和高倍率的鈷酸鋰正極材料。我們率先開發出了單晶型小顆粒材料的高溫固相結晶新工藝;采用多元素協同摻雜技術,大幅提升了材料的大電流充放電能力,同時提高了材料高電壓應用的結構穩定性和高溫循環壽命;開發了新型Core-Shell/Doping表面修飾技術,穩定材料界面,提升材料循環壽命與高溫存儲性能。

項目產品具有倍率性能好(實現60C放電)、能量密度高(提升25%以上)、循環壽命長、高溫存儲性能優異(鼓脹率低)四大性能優勢,綜合性能處于國際領先水平,成為業界的標桿產品,被認定為“北京市新技術新產品”。目前大批量供應國內外知名高功率電池企業,為大疆創新、高巨創新、億航智能等無人機、航模、啟動電源企業配套,國內市場占有率高達60%,至今銷售額累計超過15億元。

鳳凰網:“無人機用高能量高倍率鋰電池鈷酸鋰正極材料的開發及產業化應用”的研究成果在國際同行業科研成果中是一個什么樣的地位?這項技術的產業化成果的發展趨勢是怎樣的?

陳彥彬:項目產品已經批量應用于無人機、航模、啟動電源等高功率領域,隨著市場的進一步成熟,其市場規模將進一步擴大,發展趨勢良好。

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鳳凰網:您的項目在研究期間,遇到了哪些問題,政府部門給予了怎樣的支持和幫助?

陳彥彬:本項目的開發需要正極材料制備和檢測相關的先進儀器設備。從2004年開始,北京市科委就從科研項目、平臺建設等各方面對當升科技予以資助引導,當升科技建立了完善的鋰電材料研發、分析測試、性能評價及電池可靠性、安全性評價的先進硬件設施,為本項目的前沿技術開發提供了重要支持。

中國是鋰電池及其關鍵材料的生產和消費大國,國內企業在產業化技術開發、產品迭代開發應用方面基本上處于國際先進水平,但在基礎性研究、原創性技術開發、前沿性專利技術布局等方面還有不小差距,需要加大研發投入,持續提升創新能力,形成具有國際競爭力的自主知識產權的產品技術。

鳳凰網:說一說您對北京建設具有全球影響力的科技創新中心的建議、希望和祝福。

陳彥彬:構建有利于創新發展的政策環境,完善減稅降負措施,激發市場活力,促進中小企業發展。持續加大財政科技投入力度,加強對關鍵核心技術和重大基礎研究的投入,完善穩定支持的機制。確立以人為本和包容發展的理念,著力營造尊重杰出科學家、技術專家和企業家等科技創新者探索精神的社會環境,構建允許失敗、創新友好的制度空間。

在著力部署原始創新的同時,不斷加大對產業化技術發展及產品化開發的支持。建議完善對鋰電池及其核心材料前沿技術和產業化的相關支持政策,支持屬地企業加大技術開發投入、構建技術優勢,擴大業務規模,提高綜合競爭力和市場話語權。強化以支撐屬地新能源材料產業發展為導向的技術創新,培育以屬地骨干企業為主體的研發平臺與創新能力,使之成為區域協同創新的核心,充分利用和協同屬地科技資源,打造世界級的新能源材料創新高地和領先企業集群,做大新能源產業的產值規模。


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