本项目依托于广东省省级科技计划项目“协同创新与平台环境建设方向”(项目编号: 2017B090901020)开展工作,依据合同要求,已完成全部研究内容,包括:
1)通过半电池分别评估了不同正极材料在高电压下的性能,NCM523,NCM622 在4.4V 下电池性能,具体性能见表1:
正极材料评估 首效 克容量 0.2C mAh/g 循环寿命 80%EOL
NCM523 二次颗粒 88.6% 185 320 次
NCM523 单晶 88.4% 182 410 次
NCM622 二次颗粒 88.0% 195 280 次
NCM622 单晶 88.2% 193 450 次
表1.不同正极材料半电池测试数据
根据不同材料特性及大部分电池企业开发高电压动力电池的开发方向,我们选择用单晶的NCM622 材料作为后期成膜添加剂评估及电解配方开发的正极材料。
2)使用半电池,评估了二氟磷酸锂(LiPF2O2)作为成膜添加剂,在高电压下对电池性能的影响。二氟磷酸锂能够在正极表面参与CEI膜的形成,降低高电压下正极材料与电解液的副反应。电解液中添加1%的二氟磷酸锂能显著的提高电池循环寿命,由450次保持率80%提升至 500次循环保持率还有85%;
3)研究了碳酸亚乙烯酯(VC),氟代碳酸乙烯酯(FEC)作为成膜添加剂时对电池性能的影响。VC和FEC 都是较好的负极成膜添加剂,两种添加剂都能够提升负极SEI膜的稳定性,显著的改善电池循环寿命。实验数据表明,VC 及VC在负极还原的产物在高电压下容易被氧化,所以在高电压下表现出较快的循环劣化,而FEC 及其分解产物在4.4V 高电压下较稳定,使用FEC的电池循环寿命提升较显著;
4)通过合作单位的研究成果,我们了解到二乙基(噻吩-2-甲基)膦酸酯(DTYP)同时具有在正极和负极成膜的功能,在高电压正极体系下使用能够显著的提升电池循环寿命。因此我司也再次验证了该添加剂在NCM622材料在4.4V 下对电池性能的影响。实验数据表明,添加DTYP 后电池在4.4V 下循环寿命,由450次容量保持率80%,提升至500次循环后容量保持率达到84%;
5)在完成对添加剂初步筛选后,我司通过全电池测试,对高电压动力电池电解液配方进行优化。因为对于动力电池需要同时兼顾循环寿命,高低温放电,及高温储存甚至低温循环性能。因此从电解液角度我司同时进行了溶剂体系优化,添加剂搭配优化,及添加剂添加量优化等大量的DOE实验。通过优化后,我司输高温型高电压动力电池电解液配方和高低温兼顾型高电压动力电池电解液配方。使电池在4.4V 下分别满足常温循环2000次容量保持率≥80%;45℃ 循环1500次容量保持率≥80%;电池在60℃/7天储存厚度膨胀≤3%,容量保持率≥92%,容量恢复率≥99%;电池在70℃/7天储存,厚度膨胀率≤5%,容量保持率≥92%,容量恢复率≥98%;-20℃/0.2C放电容量保持率≥75%;0℃/0.2C 循环100次,容量保持率99%。对应输出的产品牌号包括A2499-1,A3496,PHY003D,A2547 等产品;
6)高电压电解液对原材料纯度要求更高,通过提高原材料纯度,使用高纯低水(纯度≥99.99%,水份≤10ppm)原材料,并且对生产工艺的调整,降低的生产过程中引入杂质的风险。保证产品品质的一致性和稳定性;
7)完成目标电解液的小试、中试产业化设计及生产工作,现已进入生产及市场开拓阶段;
8)项目所获成果及形式已达到合同指标要求;
项目实施期间,已申请国家发明专利 3 件、实用新型 2 件;发表论文 12 篇(其中 SCI 论文 12 篇);引进人才 3 名,培养人才 4 名;开发新产品 3 种;开发“电解液生产新工艺”新工艺 1 项;新增销售收入 3297万元;新增利税 179 万元。技术与经济指标完成情况均优于合同要求。 |