储能科学与技术 ›› 2020, Vol. 9 ›› Issue (2): 448-478.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0050

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高能量密度锂电池开发策略

李文俊1, 徐航宇1, 杨琪1,2, 李久铭4, 张振宇1, 王胜彬1, 彭佳悦1,2, 张斌4, 陈相雷1, 张臻1, 杨萌4, 赵言1, 耿瑶瑶1, 黄文师1, 丁泽鹏1, 张雷1, 田启友5, 俞会根1, 李泓1,2,3()   

  1. 1. 北京卫蓝新能源科技有限公司,北京 100176
    2. 中国科学院物理研究所,北京 100190
    3. 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
    4. 北京卫国创芯科技有限公司,北京 102402
    5. 江苏卫蓝新能源电池有限公司,江苏 溧阳 213300
  • 收稿日期:2020-01-31 修回日期:2020-02-17 出版日期:2020-03-05 发布日期:2020-03-15
  • 通讯作者: 李泓 E-mail:hli@iphy.ac.cn
  • 作者简介:李文俊(1990—),男,博士,研究方向为高能量密度锂离子电池,E-mail:wjli@solidstatelion.com;
  • 基金资助:
    北京市科委项目(Z191100004719001);国家重点研发计划“新能源汽车”专项(2018YFB0104300)

Development of strategies for high-energy-density lithium batteries

LI Wenjun1, XU Hangyu1, YANG Qi1,2, LI Jiuming4, ZHANG Zhenyu1, WANG Shengbin1, PENG Jiayue1,2, ZHANG Bin4, CHEN Xianglei1, ZHANG Zhen1, YANG Meng4, ZHAO Yan1, GENG Yaoyao1, HUANG Wenshi1, DING Zepeng1, ZHANG Lei1, TIAN Qiyou5, YU Huigen1, LI Hong1,2,3()   

  1. 1. Beijing WeLion New Energy Technology Co. , Ltd. , Beijing 100176, China
    2. lnstitute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
    3. Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
    4. Beijing VanGuard Cell Technology Co. , Ltd. , Beijing 102402, China
    5. Jiangsu WeLion New Energy Battery Co. , Ltd. , Liyang 213300, Jiangsu, China
  • Received:2020-01-31 Revised:2020-02-17 Online:2020-03-05 Published:2020-03-15
  • Contact: Hong LI E-mail:hli@iphy.ac.cn

摘要:

近年来各国政府对锂电池的发展都提出了阶段性的目标,要在满足安全性和其他综合技术指标的前提下,不断提高锂电池的能量密度,其基本思路是不断开发高比能电池材料的组合,并优化电芯设计及制造工艺。本文从材料筛选和电芯设计两方面出发,介绍了高能量密度锂电池的主要开发策略和未来发展趋势。在活性材料方面,总结了高比能锂电池正负极活性材料的研究现状,综合考虑了材料本身的性能和工程化、商业化前景,提出了富锂锰基正极材料和复合金属锂负极材料是高能量密度电池最具发展前景的活性材料;在非活性材料方面,总结了电解液、固态电解质、隔膜在不断提高能量密度的电池体系中可能面临的问题以及解决思路,提出了原位固态化技术是可行的技术路线之一;在电芯设计方面,评估了辅材选择和结构设计对电芯能量密度的影响,提出了高能量密度电芯设计的具体思路。最后,本文对高能量密度锂电池的开发做了全面的展望,提出锂电池的开发应从高能量、高安全、长寿命、快充放、低成本、耐高低温六个维度进行综合考虑,在保障其特定应用场景的使用要求下,不断提升能量密度是用户的终极需求。

关键词: 高能量密度, 综合实用性能, 材料体系, 材料设计, 结构设计

Abstract:

In recent years, various governments have proposed staged goals for the development of lithium batteries with high energy densities. The main challenge is to identify a balanced solution to satisfy energy density and other characteristics such as safety, cycle life, and rate capability. This paper analyzes the main problems and possible solutions considering the available cathode, anode, electrolyte, and separator materials. A forward cell design is discussed.

Key words: high-energy densities, lithium batteries, balanced solution, materials, battery design

中图分类号: