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寧德時代鋰電池最新專利技術解讀

來源:高工鋰電 | 2021-04-01 15:41:52
在儲能市場逐步啟動的背景下,寧德時代持續加強研發,不斷提升產品性能,完成了采用低鋰耗技術、長電芯循環壽命的電芯單體和相應系統平臺產品的開發。此外,寧德時代正在籌建對標國際一流的21C創新實驗室,將從金屬鋰電池、全固態電池等下一代儲能材料化學體系,進一步延伸到更多未來新能源應用領域。寧德時代對動力電池、儲能以及未來能源領域的技術布局,從專利中也可窺一二。3月26日,寧德時代公開了3項二次電池相關專利...

在儲能市場逐步啟動的背景下,寧德時代持續加強研發,不斷提升產品性能,完成了采用低鋰耗技術、長電芯循環壽命的電芯單體和相應系統平臺產品的開發。

此外,寧德時代正在籌建對標國際一流的21C創新實驗室,將從金屬鋰電池、全固態電池等下一代儲能材料化學體系,進一步延伸到更多未來新能源應用領域。

寧德時代對動力電池、儲能以及未來能源領域的技術布局,從專利中也可窺一二。

3月26日,寧德時代公開了3項“二次電池”相關專利,涉及儲能裝置技術、儲能材料技術、電池技術。

3大性能:高能量密度+長循環+高存儲

寧德時代專利“二次電池及含有該二次電池的電池模塊、電池包、裝置”中,所述裝置包括移動設備、電動車輛、電氣列車、衛星、船舶或儲能系統。

專利發明人通過大量研究發現,在選擇特定種類的正負極活性材料時,同時控制電池的性能參數K在所給范圍內(1.05≤K≤1.25),能使電池在較高能量密度的前提下,同時兼顧較長的循環壽命及較好的存儲性能。

其中,正極活性材料包括鋰鎳鈷錳氧化物和鋰鎳鈷鋁氧化物中的一種或幾種;負極活性材料包括硅基材料和碳材料。

 

寧德時代,電池

 

二次電池滿足條件K≥1.05時,能使負極極片可脫出的鋰離子數量比正極極片可嵌入鋰離子的空位數量多。

由此,正極極片的可逆容量能夠充分發揮,能使二次電池具有較高的能量密度。同時負極極片較多的鋰離子可以作為存儲和循環過程中所消耗的鋰離子的有效補充,從而大幅度延長二次電池的循環壽命和存儲壽命。

當K≤1.25時,在相同的正極極片設計下,負極極片的涂布重量適當,使負極極片具有較高的鋰離子傳導性能和電子傳導性能,從而使二次電池具有較高的動力學性能,其具備較高的快速充電能力。

負極添加劑:電池首次庫倫效率、循環性能大幅改善

寧德時代專利“一種負極添加劑、二次電池、電池模塊、電池包及裝置”中,所述裝置包括移動設備、電動車輛、電氣列車、衛星、船舶及儲能系統。

該專利提供的負極添加劑包括:內核材料、包覆在所述內核材料外表面的復合保護層。該負極添加劑可以作為鋰源加入二次電池的負極膜片中,用于補償二次電池負極在首次充放電過程中出現的鋰消耗。

 

寧德時代,電池

 

實驗中,電池在25℃下進行循環測試,以1C電流充電至4.2V后繼續恒壓充電至0.05C,后以1C電流放電至2.8V,如此充放電循環,直至最后一次放電容量衰減為第一次放電容量的80%。

從實施例1-16與對比例看出,當二次電池的負極使用該添加劑時,可以補充負極SEI成膜所消耗的鋰離子,有效提高了二次電池的首次庫倫效率,降低了不可逆容量損失,顯著改善了循環壽命。

 

寧德時代,電池

 

電池用添加劑:電池無冒煙、無起火、無爆炸

寧德時代專利“一種電池用添加劑、二次電池、電池模塊、電池包及裝置”中,所述裝置包括純電動車、混合動力電動車、插電式混合動力電動車、電動自行車、電動踏板車、電動高爾夫球車、電動卡車、電動船舶及儲能系統。

該電池用添加劑包括核結構、包覆核結構的包覆層,所述包覆層的熔點在80-150℃范圍內。

 

寧德時代,電池

 

當電池在高溫環境下使用時,添加劑表面的包覆層先發生熔融,然后將核結構釋放到電解液中,使電池內部形成微短路;短時間能使電池的剩余電量(SOC)有效降低,從而保證電池在高溫下不發生熱失控,確保了電池的安全性能。

實驗條件是,在25℃以1C電流恒流充至4.2V,4.2V恒壓至電流為0.5C,使其處于4.2V滿充狀態,然后將電池置于高溫箱中,以2℃/min升至120℃保持4h,同時測電池在高溫箱中的電壓變化以及電池表面溫度,并觀察測試后電池的狀態。

通過該測試的標準為:電池無冒煙、無起火、無爆炸。最終從實施例1-16可知,使用該專利的具有包覆層的添加劑能有效改善電池的安全性能。

 

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