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5分鐘充電75%?Enevate公司300Wh/kg超級快充電池解讀

2018-01-25 11:06:34 大云網  點擊量: 評論 (0)
國際消費電子展(CES)是全球最大、影響范圍最廣的消費類電子技術展會,通常CES是傳統消費類電子廠商和IT廠商的舞臺,但是今年的CES展會上...

國際消費電子展(CES)是全球最大、影響范圍最廣的消費類電子技術展會,通常CES是傳統消費類電子廠商和IT廠商的舞臺,但是今年的CES展會上一家鋰離子電池企業卻吸引了全球的目光——Enevate公司。Enevate公司在CES展會推出了面向電動汽車的HD-Energy技術,該技術允許鋰離子電池在5min內充電75%,同時將電動汽車的續航里程最多提高50%,并且能夠讓鋰離子電池在低溫-40℃正常進行充電。

Enevate公司憑借這一技術在“智能汽車與無人駕駛”、“環保設計和可持續技術”和“成就更美好的技術”三個類別中分別斬獲“創新大獎”。Enevate公司的首席技術官Dr. Benjamin Y. Park和研發總監Dr. Frederic Bonhomme為我們帶來了HD energy技術解讀。

傳統的鋰離子電池一般采用石墨或石墨+Si混合(Si含量一般小于10%)作為鋰離子電池的負極,受到石墨負極的動力學條件的限制,在大電流充電時非常容易在負極的表面析出金屬Li,導致電池的容量急劇衰降,在低溫下電池的動力學條件變差,析鋰現象將更為嚴重。

Enevate公司設計的負極Si含量高達70%,并且所有的負極成分均是能夠嵌鋰的活性成分,這一設計不但使得Enevate的Si負極能夠儲存4倍于石墨負極的能量,同時也賦予了該電極快速充電特性、優異的低溫特性和杰出的安全特性。

下面是Enevate的Si負極的一些技術指標,供大家參考。

  • Si含量:>70%;

  • 比容量:3000mAh/g;

  • 在鋰離子電池中應用1500mAh/g的負極設計,可以使得鋰離子電池的體積能量密度和重量能量密度分別達到800Wh/L和300Wh/kg;

  • 高庫倫效率:負極首次效率93%,全電池大約90%;

  • 高壓實密度:1-1.5g/cm3;

  • Si比表面積:<10m2/g;

  • 適合大批量生產工藝。

上圖為Enevate所采用的生產工藝,可以看到Enevate的工藝與傳統的鋰離子電池的生產工藝基本一致,但是Enevate的負極中沒有添加到導電劑,而是采用石墨作為導電劑和活性物質,Si材料作為主要的活性物質,同時在Si的表面包覆一層納米SiC作為保護層,然后通過Enevate公司的特殊處理工藝,將負極牢牢的固定在銅箔上。

下圖為采用Enevate的工藝制備的負極與NMC正極材料組成的鋰離子電池的循環性能曲線,可以看到在0.5C充放的情況下循環1000次,電池的容量保持率可達85%,表現出了優異的循環性能。

傳統的石墨負極鋰離子電池在快速充電的情況下,由于負極析Li的問題導致電池容量衰減很快,而Enevate公司制備的負極由于特殊的設計,能夠保證在大電流充電時負極不析Li,極大的改善電池在快速充電情況下的循環性能,下圖為4C充電/0.5C放電情況下的電池的循環曲線,可以看到電池在循環500次后,容量保持率可達90%,表明該電極具有優異的快速充電特性。在極限情況下采用Enevate負極的電池甚至可以在5分鐘內充電75%,而不造成電池顯著的容量衰減,這一充電速度是傳統石墨電池充電速度的10倍以上。

傳統的鋰離子電池由于負極析Li的原因,無法在0℃以下進行充電,而 Enevate公司的負極因為獨特的設計,使得負極具有極好的Li+擴散特性,從而保證電池在-40℃下也能夠正常充電,而不產生析Li問題。

從下圖的數據可以看到,在-20℃下分別以0.3C、0.7C、1C、2C、3C、5C和7C倍率下進行充電后,電池的容量沒有任何衰降,表明了電池優異的低溫性能。

Enevate電池的主要特點可以總結如下

  • 超級快充:能夠在5分鐘內充電75%,并且不會造成電池的壽命明顯的衰降,這是傳統石墨負極電池充電速度的10倍以上。

  • 高能量密度: Enevate工藝制備的Si負極,可以將電池的重量比能量提高到300Wh/kg,體積比能量提高到1000Wh/L。

  • 優異的低溫性能:Enevate負極能夠保證電池在-40℃下正常進行充放電。

  • 安全性能提高:避免在快速充電和低溫充電時金屬Li的析出,減少電池內短路的風險。

Enevate推出的HD energy技術抓住了動力電池的痛點:能量密度和充電速度。Enevate通過特殊的設計,提高了Si材料的使用量(可達70%以上),極大的提高了負極的容量(最高可達3000mAh/g)。同時這一設計還提高了負極的Li+擴散速度,極大的提高了電池快速充電的特性(最快可在5分鐘內充電75%),并且顯著改善了電池的低溫性能(-40℃正常充電)。Enevate的這項工作很好的解決了電動汽車續航里程短、充電時間長的難題,為電動汽車的推廣應用掃除了主要障礙,如果該技術能夠將成本控制在較低的范圍內,并盡快推廣應用,相信在不遠的將來,電動汽車將會迅速推廣普及,進入尋常百姓家。

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