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这项技术让电动汽车续航更久、更安全

来源:新能源汽车网
时间:2022-04-15 12:00:41
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这项技术让电动汽车续航更久、更安全  【人物名片】   郭孝东,四川大学化学工程学院副院长、教授   ●获奖情况:   2021年度四川省科学技术进步奖一等奖   ●获奖项目:  

  【人物名片】

  郭孝东,四川大学化学工程学院副院长、教授

  ●获奖情况:

  2021年度四川省科学技术进步奖一等奖

  ●获奖项目:

  动力电池用高能量密度、高稳定性镍基三元正极材料制备技术及关键装备

  ●项目点击:

  针对镍基三元正极材料当下亟待解决的关键技术难点,组成产学研用项目团队,历时十余年,在多个国家级、省部级重点项目等的支持下,展开从基础研究到产业化的系统创新。该技术突破了高端镍基三元正极材料制备这一“卡脖子”技术难题,项目成果总体国际先进,其中的高温稳定性达到国际领先水平

  受访者供图

  13年前,大半生致力于磷化工研究的四川大学化学工程学院教授钟本和,新开锂电材料研究方向,那时新能源汽车还处于示范和推广初期。

  13年后,这颗“种子”生根发芽、开花结果——团队在高能量密度、高稳定性动力电池正极材料上的研究成果,突破我国锂电行业的“卡脖子”技术。川大化工学院锂电材料方向上的第一个研究生、如今的团队带头人郭孝东,作为第一完成人获得2021年度四川省科学技术进步奖一等奖。

  □四川日报全媒体记者徐莉莎李强

  突破

  十余年钻研攻克“卡脖子”技术难题

  电池能量密度是影响电动车续航里程的关键因素。因此,高能量密度、高稳定性的动力电池技术成为如今新能源汽车行业发展的突破口。

  郭孝东介绍,电池能量密度取决于正负极材料。目前,负极材料能量密度已接近其理论极限;正极材料中,磷酸铁锂电池和三元锂电池为市场主流,占动力电池出货量的九成以上。

  如今,三元锂电池的发展趋势是高镍化。然而与磷酸铁锂相比,镍基三元正极材料存在稳定性差、规模化制备难度大等技术瓶颈——这些“卡脖子”技术,之前都被日本、韩国掌握着。

  在钟本和与郭孝东的带领下,川大化工学院针对镍基三元正极材料亟待解决的关键技术难点,组成产学研用项目团队,展开了十余年的“跋涉”。

  “我们设计的多元素协同稳定组成体系及径向有序二次颗粒结构,消除了锂、镍原子混排等导致稳定性差的不利因素,降低了镍基三元正极和电解液之间的副反应。”郭孝东说。

  高温稳定性是影响动力电池安全和稳定的核心指标,也是高镍三元正极材料的痛点。钟本和透露,团队所设计的镍基三元正极高温(45)1C/1C循环1200周容量保持率≥80%,达到国际领先水平。

  转化

  产学研用结合成果转化产值超15亿元

  团队何以迅速取得系列成果?郭孝东认为,面向国家重大需求,产学研用结合是关键。“在实验室制备和工业化生产大不相同。”

  因此在项目研究之初,他们便集合了省内外的重点企业,围绕“材料体系—生产工艺—关键装备”进行了从基础研究到产业化的系统创新。

  在生产工艺上,团队把传统的间歇法生产改成连续法生产。“这是提升电池稳定性的关键之一。”郭孝东比喻,间歇法就好比用同一口锅在不同时间做饭,每次做饭用水用米、控制条件很难做到完全一致,因而产品也很难保持一致性。连续法则是通过改进工艺流程和设备,保持控制条件稳定,不断进料、生产、出品,进而确保上万吨产品的一致性。

  同时,在装置上,为适应连续法生产创新,团队还创制了新型反应釜。

  郭孝东介绍,过去采用间歇法,用多个反应釜同时生产。在连续法下,新型反应釜扩大了容积,也提高了生产效率和产品稳定性。同体积新型反应釜生产效率,相比常规三斜桨反应釜提升超过3倍。颗粒离散度是衡量产品批次稳定性的关键指标,新型反应釜出品的正极材料颗粒离散度降低了50%。

  通过产学研用结合,团队的基础研究成果在两家合作企业中迅速转化,分别建成年产5000吨镍基三元正极和年产1万吨前驱体生产线,累计销量超2万吨,产值逾15亿元。产品客户有宁德时代、星恒电源、鹏辉电源等电池行业头部企业。项目产品累计装车20万辆,每年降低尾气排放过万吨。

文章来源:四川日报