鋰離子電池是目前世界公認(rèn)綜合性能最好的電池體系，被稱(chēng)為二十一世紀(jì)的新能源。憑借工作電壓和能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、應(yīng)用溫度范圍寬、無(wú)污染、安全性能好等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用在移動(dòng)通訊與數(shù)碼產(chǎn)品、電動(dòng)工具、新能源汽車(chē)、可再生能源儲(chǔ)能、智能電網(wǎng)調(diào)峰添谷等領(lǐng)域，還可在航空、航天、軍事等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，是國(guó)內(nèi)外大力發(fā)展的新型綠色化學(xué)電源。然而鋰離子電池實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在著諸多問(wèn)題，其中安全問(wèn)題尤為突出，這主要是因?yàn)橛袡C(jī)電解液成分易發(fā)生揮發(fā)、泄露，容易誘發(fā)著火、爆炸等安全事故，**了其在大型儲(chǔ)能電池領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用。眾所周知，鋰金屬是鋰離子電池負(fù)極材料的理想選擇，但是由于液態(tài)電解質(zhì)體系，負(fù)極反復(fù)沉積/剝離過(guò)程中伴隨著鋰枝晶生長(zhǎng)的突出問(wèn)題且難以有效抑制，使得鋰負(fù)極應(yīng)用受限而無(wú)法更進(jìn)一步獲得高比能量鋰離子電池。近年來(lái)，完全由固體材料組成的全固態(tài)鋰電池因?yàn)榫哂懈甙踩允艿綇V泛關(guān)注，成為下一代儲(chǔ)能電池的研究熱點(diǎn)，相比于采用有機(jī)碳酸酯類(lèi)溶劑-鋰鹽復(fù)合型液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池，全固態(tài)鋰電池在理論上具有顯著優(yōu)勢(shì)：① 更高的比能量和能量密度(＞300 Wh，可采用金屬鋰負(fù)極)；② 高低溫性能優(yōu)異；③ 自放電速率??；④ 全固體材料組成，本征安全性高；⑤ 循環(huán)過(guò)程中無(wú)副反應(yīng)發(fā)生，具有更長(zhǎng)的循環(huán)壽命；⑥ 電化學(xué)窗口＞5 V，可以匹配高電壓正極材料；⑦ 電解質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度高、形狀可控，全固態(tài)鋰離子電池易加工成型。盡管全固態(tài)鋰電池還存在多項(xiàng)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和重大技術(shù)難題尚待解決，但其作為下一代儲(chǔ)能電源的理想選擇顯示出了的光明的市場(chǎng)應(yīng)用前景，也使得國(guó)內(nèi)外汽車(chē)和電池制造企業(yè)正在加緊固態(tài)電池的開(kāi)發(fā)進(jìn)程和產(chǎn)業(yè)布局。

      美、日、韓、歐等近年啟動(dòng)的新能源及先進(jìn)電池發(fā)展規(guī)劃中均將固態(tài)電池作為重要方向。日本豐田公司與東京工業(yè)大學(xué)合作開(kāi)發(fā)硫化物系電解質(zhì)及功率型固態(tài)電池，已有代步單人電動(dòng)車(chē)示范，計(jì)劃2022年推向市場(chǎng)。中科院寧波材料所以硫化物L(fēng)i10GeP2S12為電解質(zhì)制備全固態(tài)鋰金屬電池，100次循環(huán)容量保持率94%，目前正與贛鋒鋰業(yè)聯(lián)合開(kāi)發(fā)。加拿大Hydro-Québec研究院開(kāi)發(fā)的聚合物固態(tài)電解質(zhì)和金屬鋰負(fù)極固態(tài)電池用于法國(guó)Bluecar電動(dòng)車(chē)，是唯一實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的大容量全固態(tài)電池。日本電力中央研究所研制的聚合物固態(tài)鋰離子電池，55℃下穩(wěn)定循環(huán)5400次，計(jì)劃用于家庭供電，但是還沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用。

      本項(xiàng)目緊跟世界全固態(tài)鋰電池的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)結(jié)合哈工大多年來(lái)在鋰離子電池電極材料與電解質(zhì)材料方面的技術(shù)積累，與珠海光宇電池股份有限公司合作，開(kāi)展高性能全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)。項(xiàng)目針對(duì)鋰金屬聚合物固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)關(guān)鍵，開(kāi)發(fā)高離子電導(dǎo)率、高安全性、高機(jī)械性能、低成本復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)材料的批量制備和工藝優(yōu)化技術(shù)，解決復(fù)合材料的批次穩(wěn)定技術(shù)；發(fā)展固態(tài)電池復(fù)合正極極片的規(guī)模制備工藝與控制技術(shù)，解決材料在使用過(guò)程中易吸潮、電極加工困難、致密度低等技術(shù)瓶頸；開(kāi)展適用于全固態(tài)電池電極電解質(zhì)界面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)適用于固態(tài)電池生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備及與之相匹配的工藝控制和優(yōu)化技術(shù)以及電池一致性技術(shù)，增強(qiáng)固態(tài)電池的循環(huán)穩(wěn)定性，整體突破鋰金屬聚合物固態(tài)電池生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。

      本項(xiàng)目通過(guò)獨(dú)特的界面處理、包覆等技術(shù)，突破了鋰金屬聚合物固態(tài)電池的低溫可循環(huán)性、穩(wěn)定性、倍率性能等技術(shù)瓶頸，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專(zhuān)利技術(shù)。在保證全固態(tài)鋰電池高能量密度的前提下，大幅度提高了其循環(huán)壽命、安全性和倍率性能。通過(guò)采用富鎳三元高電壓正極材料，固態(tài)電池各方面綜合性能優(yōu)于磷酸鐵鋰、錳酸鋰以及鈷酸鋰等鋰離子電池，其能量密度比磷酸鐵鋰電池提高30%以上，能夠全面滿(mǎn)足對(duì)鋰離子電池、特別是動(dòng)力鋰離子電池的技術(shù)要求，具有非常大的應(yīng)用潛力。而且，項(xiàng)目針對(duì)全固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰離子電池生產(chǎn)技術(shù)的差異，開(kāi)發(fā)系列適用于全固態(tài)電池生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備，大幅提升了固態(tài)電池的生產(chǎn)效率。因此，所開(kāi)發(fā)的鋰金屬聚合物固態(tài)電池將具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

      本項(xiàng)目建設(shè)符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和行業(yè)、地方發(fā)展規(guī)劃，項(xiàng)目建設(shè)條件良好，工藝技術(shù)先進(jìn)、可靠，市場(chǎng)前景和應(yīng)用領(lǐng)域非常樂(lè)觀(guān)。所開(kāi)發(fā)的鋰金屬聚合物固態(tài)電池可用于新能源汽車(chē)動(dòng)力鋰離子電池，是新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)最核心、利潤(rùn)最豐厚的一環(huán)，其市場(chǎng)容量將是幾千億元的規(guī)模。同時(shí)，還可廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車(chē)等小型鋰離子電池，也將具有上千億的市場(chǎng)容量。因此，本項(xiàng)目實(shí)施將會(huì)創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)效益。而且，項(xiàng)目建成后，可有力推動(dòng)我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)行業(yè)進(jìn)步，對(duì)發(fā)展本地經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)就業(yè)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義，社會(huì)效益顯著。 

 

相關(guān)評(píng)估評(píng)價(jià)信息

1、創(chuàng)新性（40%）

      （1）高安全：鋰金屬聚合物固態(tài)電池?zé)o任何液體成分，電極和固態(tài)電解質(zhì)材料具有良好的熱穩(wěn)定性（固態(tài)電解質(zhì)熱分解溫度＞300 ℃，鋰負(fù)極熔融溫度＞180 ℃）和高本征安全性，可以在高溫下使用且不存在商業(yè)化鋰離子電池漏液、著火、爆炸的安全風(fēng)險(xiǎn)。 （2）高比能：鋰金屬聚合物固態(tài)電池采用薄層金屬鋰代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋰電石墨負(fù)極，可以提升電池體積比能量30%以上，質(zhì)量比能量也有較大幅度提高。結(jié)合高壓正極材料，固態(tài)電池質(zhì)量能量密度可以超過(guò)350 Wh，相比傳統(tǒng)鋰離子電池提升25%以上。 （3）長(zhǎng)壽命：鋰金屬聚合物固態(tài)電池不存在電解液的不可逆消耗、干涸問(wèn)題，可以保證固態(tài)電池各組分的組成和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，通過(guò)固態(tài)電解質(zhì)材料優(yōu)化、固態(tài)電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和微觀(guān)電極電解質(zhì)界面修飾，可以顯著增強(qiáng)固態(tài)電池宏微觀(guān)界面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)可逆性，循環(huán)壽命＞2000次。 （4）低成本：鋰金屬聚合物固態(tài)電池?zé)o隔膜，采用薄層金屬鋰代替石墨負(fù)極，相比傳統(tǒng)液體鋰離子電池，在提高電化學(xué)性能的同時(shí)大幅減少了電池中非活性成分用量，單體內(nèi)部串聯(lián)簡(jiǎn)化電池封裝工藝，降低了電池材料成本。

2、成熟度（40%）

      本項(xiàng)目技術(shù)來(lái)源于哈工大，為哈工大獨(dú)創(chuàng)，有強(qiáng)大的技術(shù)后盾，是哈工大電化學(xué)學(xué)科的重點(diǎn)項(xiàng)目。哈工大電化學(xué)學(xué)科是國(guó)內(nèi)較早建立的幾個(gè)同類(lèi)學(xué)科之一，多年來(lái)從事化學(xué)電源相關(guān)研究，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)化學(xué)電源事業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，在業(yè)內(nèi)享有盛譽(yù)。哈工大自2003年以來(lái)，一直從事鋰離子電池關(guān)鍵材料的研究工作，先后獲得國(guó)家“節(jié)能與新能源汽車(chē)重大項(xiàng)目”和“黑龍江省裝備制造平臺(tái)產(chǎn)學(xué)研重大項(xiàng)目”等資助，利用哈工大多年的技術(shù)積累，已經(jīng)攻克固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合材料合成、全固態(tài)電池界面優(yōu)化、固態(tài)電極微觀(guān)結(jié)構(gòu)調(diào)控、固態(tài)電池一體化集成制備等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)專(zhuān)利技術(shù)。項(xiàng)目產(chǎn)品經(jīng)過(guò)企業(yè)試用，其性能大幅度領(lǐng)先于目前的傳統(tǒng)鋰離子電池，具有非常高的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化潛力。本項(xiàng)目已經(jīng)順利完成實(shí)驗(yàn)室小試和中試，已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)階段。因此，我們的鋰金屬聚合物固態(tài)電池項(xiàng)目具有較高的技術(shù)成熟度。

3、實(shí)用性（10%）

      本項(xiàng)目所研發(fā)的鋰金屬聚合物固態(tài)電池具有高比能量、良好的倍率性能以及長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，對(duì)高性能鋰離子電池的需求量迅速增加，由于鋰金屬聚合物固態(tài)電池電池在諸多方面具備的優(yōu)勢(shì)，可以滿(mǎn)足多種用途應(yīng)用，包括：（1）應(yīng)用于便攜式終端設(shè)備，滿(mǎn)足智能手機(jī)、掌上電腦、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品要求，該市場(chǎng)以每年15%-25%左右的速度增加；(2) 應(yīng)用于電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車(chē)，基于鋰離子電池質(zhì)量輕、能量大、電壓高、循環(huán)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)以及成本不斷下降的事實(shí)，該市場(chǎng)會(huì)以每年超過(guò)60%的速度大幅度增長(zhǎng)；(3) 應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)，隨著國(guó)家政策的推進(jìn)，電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入快速成長(zhǎng)期，相應(yīng)鋰離子電池需求量將由2009年的0.25GWh爆發(fā)式增長(zhǎng)至2015年的35.73GWh，國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模為120億美元以上；(4) 應(yīng)用于光伏、風(fēng)電等儲(chǔ)能領(lǐng)域，該市場(chǎng)年均增長(zhǎng)率將高達(dá)200%以上，是增速最快的鋰離子電池細(xì)分市場(chǎng)；(5) 還可應(yīng)用于衛(wèi)星、潛艇等對(duì)電池比能量、壽命和安全性要求較高的航天和軍事領(lǐng)域。

4、環(huán)保性（10%）

      固態(tài)電池生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低、制備條件易于控制、易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，原材料利用率高，電池結(jié)構(gòu)中無(wú)任何液體成分添加，生產(chǎn)過(guò)程不產(chǎn)生廢氣，制備過(guò)程中使用的溶劑易于回收再利用，電池不存在傳統(tǒng)鋰離子電池的漏液、著火、爆炸等安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)能環(huán)保。 所謂的“三元鋰電池”簡(jiǎn)單來(lái)講就是電池正極材料由三種金屬元素與鋰共同構(gòu)成的鋰電池種類(lèi)，如目前大量應(yīng)用的鎳鈷錳酸鋰電池。

 

以這種電池為代表的最新一代的三元鋰電池(正極材料由三種材料構(gòu)成)，不論是電池循環(huán)次數(shù)還是最重要的每千克儲(chǔ)能數(shù)量，相比其他形式的鋰電池都有了質(zhì)的提升。單純從這方面來(lái)看，三元鋰電確實(shí)是現(xiàn)階段新能源汽車(chē)上動(dòng)力電池的最佳選擇。

 

鋰電池可以有多種形狀，除了18650這種金屬外殼圓柱狀電池之外，還有外殼為鋁塑材料的軟包裝形式以及方形電池種類(lèi)。其中鋁塑包裝的軟殼電池是目前應(yīng)用最為靈活的鋰電池形式，其大小、厚度都可以自由定制，而且可以多片堆疊，具有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用靈活性。