宽温域电芯产品。深圳先进院供图
蒋春磊在介绍宽温域电芯产品。深圳先进院供图
凛冬时节，你的电动汽车和移动电子设备能抵御极寒天气吗？近日，在第25届中国国际高新技术成果交易会上，一款最新研发的锂离子电池正在经受上达80℃、下至-70℃“冰火两重天”的极致考验。
受得了炎热、耐得住冰雪，充电快速、成本低，这款超“能打”的锂电池由中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称深圳先进院）碳中和技术研究所先进储能技术中心研究团队历时10年研发，是我国首款具有宽温域、低成本、长寿命的电芯产品，上市后有望打破未来新能源产业格局。
据团队成员介绍，这项新型锂离子电池技术目前已实现了储能、动力等多个应用领域的电芯产品的规模化量产，并于今年6月在我国东北等地分布式储能领域开展应用示范。
工作温度范围“横跨”150℃
从汽车到电子产品，锂离子电池早已渗透到人们的日常生活中，为衣食住行提供“动力”。《中国锂离子电池行业发展白皮书（2023年）》显示，2022年中国锂离子电池出货量已超过全球平均增速。在世界范围内，我国锂离子电池产业仍扮演领军者角色。
受电池材料限制，传统锂离子电池的工作温度在0℃~40℃，低于0℃后锂电池的放电性能就会大幅下降。
然而，我国幅员辽阔，气温随地域和季节变化大，北方地区冬季温度可以低至-40℃以下，而南方地区夏季地表温度高达50℃以上。传统锂离子电池无法适应这样极端的温度条件，就会造成一些棘手情况，例如，北部地区丰富的太阳能、风能等清洁能源难以直接并网供电，冬季电动车无法启动、智能手机自动关机，夏季电动车自燃等频发。
为此，该团队历时近10年，研发出既抗冻又耐热的新型锂离子电池技术，可以同时兼顾低温与高温性能。
研究团队核心成员蒋春磊介绍，他们通过电池负极材料和电解液体系的创新，直接扩大了电池的工作温度范围，其中最低工作温度达-70℃、最高工作温度达80℃，实现了高寒酷暑的宽温域应用场景。
研发关键负极材料
这么能“打”的新型锂电池，究竟“新”在何处？团队主要从负极材料和电解液体系上下功夫。
据了解，目前电池的正极材料相关技术已接近“天花板”，要提升性能，负极材料尚有发展空间。为此，团队研发了一种新型铝基复合负极材料，通过与商用锂离子电池正极材料匹配，针对不同应用场景研发相应电解液体系，成功开发出新型铝基-磷酸铁锂电芯、铝基-锰酸锂电芯、铝基-钴酸锂电芯和铝基-三元电芯等超宽温域电池产品。
“我们开发的电池产品除了具备耐热、抗冻的特性以外，还具有高安全、长续航、快充和低成本的优势。”蒋春磊表示。
在安全性能方面，常规锂电池随着不断使用，内部会产生锂枝晶，既影响充电能力，还可能刺穿隔膜，带来电池短路等隐患。而团队开发的新型铝基复合负极，在低温和过充条件下都能有效缓解锂枝晶的产生，提高了电池的安全性。
在续航性能上，得益于铝基复合负极材料较高的理论容量，该电池能量密度较传统锂离子电池提升13%～25%，能做到长续航。此外，由于铝基复合负极优异的导电性能，产品还表现出不俗的快充性能，20分钟即可充满电，为半小时充电需求提供了解决方案。
在成本方面，基于铝基复合负极的性能优势，并结合开发的高性能电解液体系，低温电池产品还可以摆脱对昂贵的纳米级正极材料的依赖，使电池成本降低10%~30%。
应用场景“上天入地”
据深圳先进院转化处处长吴小丽介绍，基于新型电池技术，该团队的23项相关专利依托深圳先进院，以知识产权作价6500万元，成功实现了技术转移转化，并于2017年3月成立了深圳中科瑞能实业有限公司。相关研究成果形成了包括PCT（专利合作条约）专利，中国发明专利，美、欧、日、韩发明专利在内的180余项专利池，获得授权专利120余项，目前已在四川广元启动建设超宽温域电芯和PACK（电池模组）制造基地，占地200亩，首期投资规模12.7亿元。
经过团队多年的技术攻关，新型宽温域电池技术已成熟并进入市场推广阶段，目前已与电动自行车头部企业、新能源汽车头部企业、能源领域央企等建立了广泛且深入的合作，提供的批量电芯性能评估已满足使用需求。
相关企业实测结果表明，使用针对低速电动车开发的铝基-锰酸锂电芯产品在-50℃的条件下放电容量保持率仍然超过60%；针对新能源汽车开发的铝基-磷酸铁锂电芯产品可在-30℃的环境条件下高效充电，充电容量超过初始容量的91%，有望解决电动汽车冬季续航缩水和低温启动困难的难题。
“有些场景需要-40℃也能正常充放电，而有些则在长循环方面提出了更高要求。围绕核心技术，结合实际情况，我们对产品不断作出调整。”团队成员表示，相关产品可以应用于光伏储能、家庭储能、通信基站储能、轨道交通、航空航天、极地科考等领域，尤其适用于高寒地区及亚热带地区，显著扩大了电池的应用范围。
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