寧德時代鋰電池最新專利技術(shù)解讀

在儲能市場逐步啟動的背景下，寧德時代持續(xù)加強(qiáng)研發(fā)，不斷提升產(chǎn)品性能，完成了采用低鋰耗技術(shù)、長電芯循環(huán)壽命的電芯單體和相應(yīng)系統(tǒng)平臺產(chǎn)品的開發(fā)。

此外，寧德時代正在籌建對標(biāo)國際一流的21C創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，將從金屬鋰電池、全固態(tài)電池等下一代儲能材料化學(xué)體系，進(jìn)一步延伸到更多未來新能源應(yīng)用領(lǐng)域。

寧德時代對動力電池、儲能以及未來能源領(lǐng)域的技術(shù)布局，從專利中也可窺一二。

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

3大性能：高能量密度+長循環(huán)+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(shè)備、電動車輛、電氣列車、衛(wèi)星、船舶或儲能系統(tǒng)。

專利發(fā)明人通過大量研究發(fā)現(xiàn)，在選擇特定種類的正負(fù)極活性材料時，同時控制電池的性能參數(shù)K在所給范圍內(nèi)(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(huán)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(fù)極活性材料包括硅基材料和碳材料。

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

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

當(dāng)K≤1.25時，在相同的正極極片設(shè)計(jì)下，負(fù)極極片的涂布重量適當(dāng)，使負(fù)極極片具有較高的鋰離子傳導(dǎo)性能和電子傳導(dǎo)性能，從而使二次電池具有較高的動力學(xué)性能，其具備較高的快速充電能力。

負(fù)極添加劑：電池首次庫倫效率、循環(huán)性能大幅改善

寧德時代專利“一種負(fù)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(shè)備、電動車輛、電氣列車、衛(wèi)星、船舶及儲能系統(tǒng)。

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

實(shí)驗(yàn)中，電池在25℃下進(jìn)行循環(huán)測試，以1C電流充電至4.2V后繼續(xù)恒壓充電至0.05C，后以1C電流放電至2.8V，如此充放電循環(huán)，直至最后一次放電容量衰減為第一次放電容量的80%。

從實(shí)施例1-16與對比例看出，當(dāng)二次電池的負(fù)極使用該添加劑時，可以補(bǔ)充負(fù)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(huán)壽命。

電池用添加劑：電池?zé)o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(tǒng)。

該電池用添加劑包括核結(jié)構(gòu)、包覆核結(jié)構(gòu)的包覆層，所述包覆層的熔點(diǎn)在80-150℃范圍內(nèi)。

當(dāng)電池在高溫環(huán)境下使用時，添加劑表面的包覆層先發(fā)生熔融，然后將核結(jié)構(gòu)釋放到電解液中，使電池內(nèi)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(fā)生熱失控，確保了電池的安全性能。

實(shí)驗(yàn)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(tài)，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(tài)。

通過該測試的標(biāo)準(zhǔn)為：電池?zé)o冒煙、無起火、無爆炸。最終從實(shí)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。