傳統(tǒng)動(dòng)力鋰離子電池正極材料主要有磷酸鐵鋰和三元材料兩類。三元材料呈現(xiàn)天然的層狀結(jié)構(gòu)，通過鋰離子在其層間的嵌入和脫出實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放。隨著客戶市場對(duì)續(xù)航里程需求的進(jìn)一步提升，如何提高鋰離子電池的能量密度成為行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。高電壓技術(shù)指通過提升三元正極充電上限電壓來提升材料的脫嵌鋰能力實(shí)現(xiàn)電池能量密度的大幅提升。同時(shí)，由于三元材料在高電壓下依然保持了高的氧結(jié)合能力，該技術(shù)在提高能量密度同時(shí)可以有效兼顧安全性能。

　　但高電壓技術(shù)在產(chǎn)品端的真正應(yīng)用面臨兩大核心技術(shù)問題：

　　由于要耐受更高的電壓，三元材料自身體相結(jié)構(gòu)和界面保護(hù)需要做到精細(xì)化設(shè)計(jì)以對(duì)抗高電壓下的結(jié)構(gòu)劣化和界面副反應(yīng)；

　　低溫和低SOC條件下的動(dòng)力輸出能力較差，影響整車的客戶體驗(yàn)。

　

　　圖1 鋰離子電池工作原理示意圖

　　針對(duì)上述兩大核心問題，中航鋰電研發(fā)團(tuán)隊(duì)深入機(jī)理分析，通過精準(zhǔn)根因定位，聯(lián)合項(xiàng)目攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了一系列核心技術(shù)突破：

　　1.體相原子層級(jí)均勻摻雜技術(shù)

　　體相原子層級(jí)均勻摻雜技術(shù)構(gòu)筑內(nèi)部高速、穩(wěn)定Li+擴(kuò)散通道：對(duì)于高電壓三元正極，Li離子在體相的嵌入-脫出需要克服一定的能量勢壘實(shí)現(xiàn)更長的傳輸距離，低溫或者低SOC下，該勢壘增加顯著。同時(shí)，在后續(xù)反復(fù)的充放電使用過程中，正極體相由于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定局部相變會(huì)進(jìn)一步加劇Li+傳輸阻力。針對(duì)該問題，通過層間原子層級(jí)的元素?fù)诫s，一方面拓寬Li+傳輸通道，有效提升Li+擴(kuò)散速率，另一方面，增強(qiáng)氧鍵合能力，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，顯著抑制過程中結(jié)構(gòu)相變的發(fā)生，進(jìn)而在對(duì)于高電壓三元正極內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了高速、穩(wěn)定Li+擴(kuò)散通道的構(gòu)筑。

　　2.界面靶向多元素協(xié)同包覆技術(shù)

　　界面靶向多元素協(xié)同包覆技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)鋰、“低”氧化活性雙重功效：高電壓條件下，正極界面長期處于高氧化狀態(tài)，催化氧化電解液溶劑分解進(jìn)而引發(fā)電解質(zhì)分解、HF酸產(chǎn)生、新鮮界面暴露、加劇分解等一系列鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，加劇性能的劣化。特別是高溫條件下，正極界面與電解液的交互反應(yīng)更加劇烈。如何在實(shí)現(xiàn)“低”氧化活性同時(shí)保證界面高導(dǎo)鋰特性是解決問題的核心也是行業(yè)難點(diǎn)。通過不斷的技術(shù)攻關(guān)，在界面均質(zhì)形成快離子導(dǎo)體同時(shí)針對(duì)高電子反應(yīng)活性的位點(diǎn)進(jìn)行誘導(dǎo)靶向包覆鈍化元素實(shí)現(xiàn)了“低”氧化活性和高導(dǎo)鋰兩大功能的完美兼顧。該技術(shù)的開發(fā)在顯著提升高電壓化學(xué)體系高溫壽命的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力輸出能力的大幅提升。

　　3.高效鈍化電解液添加劑設(shè)計(jì)技術(shù)

　　高效鈍化電解液添加劑設(shè)計(jì)技術(shù)，原位構(gòu)建正極界面納米防護(hù)層，協(xié)同界面包覆技術(shù)，使得界面氧化活性由“低”降“零”，徹底突破了高電壓化學(xué)體系高溫壽命的行業(yè)瓶頸：如上所述，高電壓和高溫條件下，正極界面和電解液的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是高電壓化學(xué)體系高溫壽命失效的原因。通過高效鈍化正極成膜添加劑的設(shè)計(jì)，在正極材料界面原位可控催化形成納米CEI膜，不影響動(dòng)力輸出同時(shí)徹底解決高電壓正極界面活性問題。

　　通過精準(zhǔn)定位，中航鋰電從根本上解決了高電壓三元化學(xué)體系的行業(yè)難題，完美地實(shí)現(xiàn)了高能量、高安全、強(qiáng)動(dòng)力和長壽命的兼顧，并成功地將上述核心技術(shù)推向產(chǎn)品。

　　圖2 高電壓NCM材料

　　2018年底，中航鋰電第一代高電壓產(chǎn)品一經(jīng)推出市場，便得到廣大客戶認(rèn)可，成功搭載長安、吉利、小康、廣汽等主力車型。2019年底，隨著第二代高電壓產(chǎn)品推出，中航鋰電三元產(chǎn)品力進(jìn)一步提升，在各主力客戶的滲透率大幅增加。2020年，中航鋰電5系高電壓產(chǎn)品能量密度達(dá)260Wh/kg，并實(shí)現(xiàn)高安全不起火、長壽命不衰減、全氣候適應(yīng)性，且兼具成本優(yōu)勢。同時(shí)，為了進(jìn)一步提升高電壓產(chǎn)品的能量密度，中航鋰電目前已經(jīng)完成了下一代6系高電壓技術(shù)的開發(fā)，在安全性能進(jìn)一步提升的前提下，產(chǎn)品能量密度達(dá)到280Wh/kg。相關(guān)產(chǎn)品已在客戶端有序推廣，市場競爭力顯著，為行業(yè)提供了一條高能量技術(shù)及產(chǎn)品路線選擇。中航鋰電將繼續(xù)秉承“持續(xù)創(chuàng)新，造福人類”的使命，在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新道路上不斷前行！