青岛能源所在高能量密度固态电池研究中取得进展

发布日期:2018-05-16

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国家十三五规划加大了对新能源汽车尤其是纯电动汽车的布局与规划,而新能源汽车健康发展的关键是动力电池,固态电池是新能源汽车动力电池有效提高能量密度同时确保安全性的必由之路,而综合性能优异的新型固态电解质体系是发展固态电池的关键所在。当前固固界面的接触阻抗大问题一直是困扰和阻碍固态电池发展的瓶颈问题之一。如何降低固固界面接触阻抗已经成为科学界和产业界研发的热点和难点。

  近日,科技部对国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项拟立项的2018年度项目进行公示,拟给予中国科学院青岛生物能源与过程研究所牵头申报的“高比能固态锂电池技术”项目中央财政2363万元支持。

近日,山东省新旧动能转换综合试验区办公室公布了全省新旧动能转换重大项目库第二批优选项目,南海新区有5个项目入选。

依托中国科学院青岛生物能源与过程研究所建设的青岛储能产业技术研究院一直致力于高性能固态电池关键材料开发和固态电池固固界面的修复完善工作。该院研究团队创造性地提出了刚柔并济聚合物电解质的设计理念,创新性地构建了复合电解质材料体系,制备出一系列综合性能优异的固态聚合物电解质体系,有效解决了聚合物电解质各项性能不能兼顾的难题,发展了新型的固态电解质关键材料体系。

  2014年、2015年,市科技局先后批准中科院生物能源所成立“青岛市储能产业技术研究院”“青岛市储能产业电化学储能公共研发平台”,在市智库基金、公共研发平台及国家“863计划”等经费持续支持下,组织专家攻克“固固界面的离子传导调控”“固态电解质制备”等安全高能量密度固态锂电池产品产业化的四大关键技术难点,产品已经突破全海深长续航动力电源的关键核心技术,成功应用于“万泉号”着陆器。目前,该项目已列入青岛市新旧动能转换科技重点支持技术方向,并与多家投资机构形成投资意向,对促进我市新能源汽车和海洋产业发展,助推新旧动能转换具有重要意义。

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针对固态电池发展中固固界面阻抗过大的瓶颈问题,储能院团队研究成员从改善固固界面接触问题入手,认真分析影响电池界面性能的诸多不利因素,总结科学问题和规律,借鉴电池固态电解质界面(SEI)的思路,创造性地提出原位自形成固态电解质的解决方案,采取原位聚合形成固态聚合物电解质技术路线,构筑一体化固态电池,有效降低界面阻抗和提升电池综合性能。该方法能够用于固态电池固固界面的修复,优化固固界面性能。基于此设计理念,青岛储能院研究团队将小分子量的VC通过原位自由基聚合形成高分子量的PVC固态聚合物电解质。经表征发现,该方法用于4.35V钴酸锂电池可极大降低界面阻抗并有效拓宽电化学窗口,大大提升了固态电池的循环稳定性和倍率性能。此外,通过加热产生引发剂原位引发聚合形成聚三乙二醇二乙烯基醚固态聚合物电解质,构筑一体化离子电池,成功实现聚合物电解质/电极界面之间的紧密接触,降低界面阻抗,大大提升电池的循环稳定性。原位自形成固态电解质的解决方案不仅可以有效降低固固接触阻抗;还能简化固态电池的制作步骤,与现有液态锂离子电池成产设备和工艺相兼容,具有广阔的产业化推广前景。

华港智能科技

鉴于电动汽车市场的快速发展以及国家十三五战略规划的宏观布局,迫切需要开发新型超高能量密度锂空二次电池。研发团队着眼于锂空电池,探索构筑了三明治锂空聚合物电解质,旨在提升锂空电池的综合性能。

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在固态单体电池的器件制备方面,青岛储能院采用刚柔并济和原位自形成机制的聚合物电解质设计理念,已开发出6Ah大容量三元固态锂电池。能量密度超过250Wh/kg,循环寿命超过500圈,通过五次穿钉实验,固态电池并未起火和爆炸,安全性能极佳,而且在拔除钉子后电压有所恢复,这再一次彰显出固态电解质良好的自修复性能和安全性能。除此之外,固态锂电池机械强度高,已通过11000米模拟深海压力舱实验,现在正准备深海搭载实验。相关技术已申请中国发明专利29项,国际PCT专利3项。

可燃冰

该项目得到中科院纳米先导专项长续航能力动力电池项目、山东省前瞻技术基金、青岛市储能基金和青岛能源所135项目大力支持。

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NCM(622)/SPE/Li固态锂电池安全测试多次针刺电压温度变化曲线(5次针刺)

南海碳材

据了解,入选的5个项目包括山东华港智能科技有限公司智能终端加工中心、威海南海碳材料有限公司年产2万吨特种石墨、威海食同源生物科技有限公司特殊膳食和特殊医学配方用途食品、威海聚大洋海洋科技有限公司海洋生物医药产业化基地建设、山东蓝海可燃冰勘探开发研究院有限公司可燃冰勘探开发装备与技术研发,涵盖了新材料新能源、高端装备制造、生物医药等领域,将被列入全省新旧动能转换基金投资优选项目,可享受项目审批绿色通道等政策红利。

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食同源

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新能源

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爱而生

入选的项目均是南海新区瞄向战略性新兴产业领域重点培育的高精尖项目,可为区域高质量发展蓄积新动能。其中,智能终端加工中心项目总投资3亿元,主要生产手机、电脑终端零件等;年产2万吨特种石墨项目的产品广泛应用于高性能锂电池、储能电堆、石墨烯防腐涂料项目等领域,全部达产后可实现产值30亿元;食同源生物科技项目以现代化产业基地、分销平台和高水准研发试验中心为基础,打造营养健康食品研发、生产、销售一体化平台;海洋生物医药产业化基地建设项目延伸海藻产业链,推动海藻加工产业结构调整和优化升级;可燃冰勘探开发装备与技术研发项目将精准勘探可燃冰储层,实现海底可燃冰开发成本的显著降低。

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南海新区与青岛聚大洋藻业集团签署战略合作协议。

在推进新旧动能转换重大工程的实施中,南海新区围绕重点打造的高端装备制造、新能源与节能环保、海洋生物医药、新一代信息技术、高端精细化工五大产业集群,用好上级政策,精心筛选项目,努力将优势项目纳入到上级政策盘子。今年,南海新区有17个优质项目入选2019年度全省新旧动能转换重大项目库,项目总投资92.4亿元。截至5月底,17个优质项目已累计完成投资14.86亿元,占年度计划投资50.6%。“下一步,我们继续把聚焦点放在项目引进、产业突破、新动能培育上,以更大的力度、更实的举措推进新旧动能转换重大工程不断向纵深发展,全力打造蓝色经济新动能聚集区。”南海新区产业发展与科技创新局相关负责人说。

(齐鲁晚报·齐鲁壹点记者 陈乃彰)

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