鋰離子動(dòng)力電池能量密度已成為其產(chǎn)業(yè)化瓶頸，為此美、日、韓等國都制定了相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，其目標均指向“2020年能量密度達300Wh/kg”。日前，在國家重點(diǎn)專(zhuān)項支持下，寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司研發(fā)團隊攻克高鎳三元材料及硅碳負極材料等關(guān)鍵核心技術(shù)，率先開(kāi)發(fā)出比能量（質(zhì)量能量密度）達304Wh/kg的電池樣品，在這一國際競賽中折桂。

　　打通“任督二脈”補齊正極材料短板

　　鋰離子動(dòng)力電池是目前應用為廣泛的新能源汽車(chē)動(dòng)力電池，是新能源汽車(chē)的核心部分。其優(yōu)勢在于能量密度高、循環(huán)壽命長(cháng)，其技術(shù)難點(diǎn)在于穩定性和安全性要求高、制備過(guò)程復雜，該核心生產(chǎn)技術(shù)一直掌握在世界少數幾個(gè)國家手中。

　　電池的能量密度，是指電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能?！澳壳澳芰棵芏鹊奶嵘?，成為制約鋰離子電池發(fā)展的大瓶頸，面臨著(zhù)諸多世界級難題?！睂幍聲r(shí)代首席科學(xué)家吳凱說(shuō)，電池廠(chǎng)家可通過(guò)增大電池尺寸來(lái)達到電量擴容的效果，但電芯“變胖”或者“長(cháng)個(gè)兒”只治標，并不治本。

　　究竟是什么限制了鋰電池的能量密度？

　　吳凱介紹，電池背后的化學(xué)體系是主要原因。一般而言，鋰電池的四個(gè)部分非常關(guān)鍵：正極、負極、電解質(zhì)、膈膜。其中正負極是發(fā)生化學(xué)反應的地方，相當于人體“任督二脈”。

　　由于目前負極材料的能量密度遠大于正極，正極材料就成為了“木桶的短板”——鋰離子電池的能量密度下限取決于正極材料，所以提高能量密度就要不斷升級正極材料。但是，我國高鎳材料開(kāi)發(fā)起步晚，技術(shù)積累較為薄弱，制備工藝及裝備條件較為落后。

　　“批量穩定供應高性能的高鎳正極材料，是高比能量動(dòng)力電池開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)之一?！眳莿P說(shuō)，為此，寧德時(shí)代依托國家工程研究中心、福建省重點(diǎn)實(shí)驗室等重大科研平臺，通過(guò)與產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作單位的協(xié)同開(kāi)發(fā)，優(yōu)化原材料合成工藝條件，提高結構穩定性，調整微觀(guān)結構、控制材料形貌和尺寸分布，逐步實(shí)現了國產(chǎn)高鎳材料的規?；a(chǎn)及應用。

　　與日韓競爭對手的同類(lèi)材料相比，目前國產(chǎn)高鎳材料具備可逆容量高、壓實(shí)密度高、表面及體相結構相對穩定的特點(diǎn)，將打破日韓技術(shù)壟斷，提升國內產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)水平及國產(chǎn)動(dòng)力電池核心競爭力，打掉創(chuàng )新路上的“第一只攔路虎”。

　　顛覆傳統解決負極材料的硬傷

　　負極材料也是鋰離子電池的核心材料之一，目前大多采用石墨作為負極材料。隨著(zhù)對續航里程需求的持續升級，傳統石墨負極已不能滿(mǎn)足市場(chǎng)對電池能量密度的期望。

　　據測算，硅基負極材料的比容量可達石墨負極的10倍，被看作是后者的“替代者”。傳統硅基材料的應用，主要采用碳包覆技術(shù)，即在硅材料表面復合一層碳材料。吳凱介紹，但由于硅材料充放電過(guò)程中體積變化高達300％，多次循環(huán)后表面包覆的碳材料會(huì )破碎、脫落，對硅材料的保護作用大幅減弱，從而導致電池循環(huán)性能不佳。

　　這一世界級難題如“幽靈”一般困擾產(chǎn)業(yè)界10來(lái)年之久。

　　寧德時(shí)代摒棄了傳統碳包覆技術(shù)，轉向研究人造電解質(zhì)界面膜包覆技術(shù)。歷時(shí)2年多，將這一技術(shù)應用到硅材料制備，開(kāi)發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的新型人造電解質(zhì)界面膜包覆的硅碳復合負極材料，其循環(huán)性能表現顯著(zhù)優(yōu)于國外產(chǎn)品，打掉創(chuàng )新路上的“第二只攔路虎”。

　　“與碳材料相比，人造電解質(zhì)界面膜與硅材料的結合作用力更強、彈性更好、不易破碎或粉化，對硅材料起到很好的保護作用，因此能夠在循環(huán)中大幅提高硅材料的界面穩定性，從而提升電池的循環(huán)壽命?！眳莿P說(shuō)，此舉將促進(jìn)我國充分掌握材料改性、前驅體合成等多方面的核心技術(shù)，實(shí)現關(guān)鍵材料技術(shù)的國產(chǎn)化，為硅碳復合負極的逐步商業(yè)化推廣應用提供了重要保障。

　　完美“瘦身”率先使用航空級別的“7系鋁”

　　在能耗不變，體積和重量都受限的情況下，新能源汽車(chē)續航里程，主要取決于電池包的能量密度。

　　“這就考驗研究人員為電池包‘瘦身’的能力?！眳莿P說(shuō)，寧德時(shí)代首次將航空級別的“7系鋁”運用至電池包下箱體?！?系鋁”，鋁中的“戰斗鋁”，常被用于制造飛機起落架，具備輕盈、堅固、安全等特性。

　　吳凱告訴記者，“7系鋁”應用也具有很多風(fēng)險，特別是應力腐蝕現象（金屬材料在某些特定的介質(zhì)中，由于腐蝕介質(zhì)和應力的共同作用而發(fā)生斷裂）。

　　“業(yè)內普遍認為這是‘7系鋁’的技術(shù)難點(diǎn)，甚至是技術(shù)禁區?！眳莿P說(shuō)，為此，他們通過(guò)上百項的實(shí)驗及相關(guān)工藝改善，使得應力腐蝕指數控制在行業(yè)內高水平。目前，寧德時(shí)代已成功開(kāi)發(fā)出“7系鋁”下箱體，并已量產(chǎn)。

　　至此，該企業(yè)電池包下箱體輕量化設計已處于領(lǐng)先水平。這一全新能量密度的動(dòng)力電池，能使B級純電動(dòng)轎車(chē)電池倉在現有基礎上，不額外增加空間，載能量（裝載電池的總電量）即可提升約50％；車(chē)載動(dòng)力電池系統能量提高50％；整車(chē)重量可在現有基礎上減重250公斤，使該車(chē)型標準工況續駛里程提高到600公里以上。