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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(yīng)體系。作為新能源技術(shù)之一，鋰離子電池儲能技術(shù)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(xué)鋰離子電池及材料制備技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室以電化學(xué)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(xué)原理破解材料中的技術(shù)瓶頸。經(jīng)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(shù)。今年，該項目獲云南省技術(shù)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(guān)鍵金屬資源，為團隊發(fā)明奠定了基礎(chǔ)?！变囯x子電池及材料制備技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室主任、昆明理工大學(xué)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(yīng)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(shè)計開發(fā)電子/鋰離子傳輸性能良好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的儲鋰結(jié)構(gòu)，突破大容量、高安全、長壽命三元正極材料的技術(shù)瓶頸。
對此，團隊經(jīng)過多年探索，從穩(wěn)定晶面暴露和調(diào)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(shù)。超聲波—表面活性劑輔助技術(shù)能夠消除體系內(nèi)局部濃度不均勻的問題，從而提高反應(yīng)速率，促進(jìn)反應(yīng)產(chǎn)物的生成。鋰離子通過擴散作用抵達(dá)晶面發(fā)生反應(yīng)，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(jié)構(gòu)定向調(diào)控技術(shù)構(gòu)筑高穩(wěn)晶面暴露且高致密聚合的層狀儲鋰結(jié)構(gòu)。在這種儲鋰結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)進(jìn)行離子濃度的梯度分布設(shè)計，確保材料具有優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性。
在新技術(shù)下，電池1C容量達(dá)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(fù)率分別為91.1和97.6%，高于同類產(chǎn)品；DSC測試放熱起始溫度239℃，高于國內(nèi)外同類產(chǎn)品的230℃至233℃。
目前，高性能多元氧化物電極材料關(guān)鍵制備技術(shù)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(nèi)外企業(yè)實現(xiàn)推廣應(yīng)用，生產(chǎn)的NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等正極材料廣泛應(yīng)用于3C數(shù)碼產(chǎn)品、電動工具、動力電池等領(lǐng)域。近3年來，該技術(shù)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(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性能，整體技術(shù)達(dá)國內(nèi)領(lǐng)先水平。（昆明日報 記者張怡）
