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新型储能器件——“电容型锂离子电池”

导读: 新能源受到全世界的广泛重视,电动汽车作为新能源的典型代表尤其如此。

  新能源受到全世界的广泛重视,电动汽车作为新能源的典型代表尤其如此。然而,电动汽车不可缺少的储能电池,成为限制电动汽车发展的重要瓶颈。世界各国都把高性能动力电池的研发作为新能源发展的重要课题。

  高容量、大功率、长寿命、安全环保一直都是新能源领域动力电池追求的重要方向。锂离子电池具有能量密度高的优势,是电动汽车的首选储能器件,但存在功率密度较低、低温特性较差、循环寿命仍有待提高等问题。超级电容器是一种依靠双电层原理工作的储能器件,具有功率密度高、温度特性好、寿命长等优势,但与锂离子电池相比,其能量密度较低,只有锂离子电池的大约5%,无法满足电动汽车对动力电池能量密度的要求。

  如何克服锂离子电池和超级电容器各自性能缺陷,将其优势互补,是电池领域众多研究者孜孜不倦追求的目标。

  电容型锂离子电池的设计制造

  考虑到频繁大电流冲击对电池性能明显不利的影响,如果在电池两端并联大容量电容器,能缓冲大电流对电池的冲击,从而延长电池的循环寿命。此外,如果将超级电容器的电极材料与锂离子电池的电极材料复合在一起,使其协调工作,就相当于使每个电池材料颗粒都处于电容器的保护之中,应更能延长电池循环寿命,提高电池功率特性。基于这种考虑,辽宁立塬新能源有限公司自主研发了电容型锂离子电池。

  电容型锂离子电池是将双电层超级电容器与锂离子电池的工作原理相结合,器件中既有超级电容的双电层物理储能原理,又有锂离子电池的嵌入脱嵌化学储能原理,即形成电容型锂离子电池。

  电容型锂离子电池是将超级电容器与锂离子电池的电极材料真正融合在一起,形成一个统一的新型储能器件——“电容型锂离子电池”;同时对电解液配方、电池的结构、制造工艺、原材料等方面进行优化调整,以满足器件的化学-物理工作原理及高功率工作特性需要。

  根据与超级电容器相融合的电池材料的不同,电容型锂离子电池又可分为:电容型磷酸亚铁锂锂离子电池、电容型锰酸锂锂离子电池、电容型三元锂离子电池等。电容型锂离子电池研制关键技术问题包括:电极成份设计问题;电解液组分设计问题;工作电压匹配问题;与性能相匹配的结构设计问题;应用技术问题。

  电容电池种类涵盖1.电解电容器+超容:电解电容器+EDLC、电解电容器+赝电容;2.电池+超容:铅酸电池+EDLC(无机电容型锂离子电池)、镍氢电池+EDLC(无机电容型锂离子电池)、锂电+超容(有机电容型锂离子电池)。立塬公司的专利产品属于后者。

  电容型锂离子电池主要性能

  能量密度:60Wh/Kg~120Wh/Kg(可设计);

  功率密度:1300W/Kg~3000W/Kg(可设计);

  循环寿命:2000次~5000次(可设计);

  充电时间:0.5h~2h(可设计);

  温度范围:-30℃~60℃;

  工作电压范围:2.5~3.6V(可设计);

  安全性能更好,环保无污染。

  2012年1月,电容型锂离子电池产品通过了辽宁省科技厅和经信委共同主持的科技成果鉴定。由杨裕生、顾国彪两位院士和国家“863”计划动力电池检测中心王子冬主任等11位专家组成的鉴定委员会认为:该项成果具有自主创新性,在能量密度和功率密度同时保持较高水平的情况下,循环寿命和低温性能达到同类产品的国际先进、国内领先水平。

  电容型锂离子电池是一种能量型与功率型兼顾的新型动力电池,可广泛应用于驱动电源和储能电源两大领域,如电动汽车(纯电动、混合动力)、港口机械、电动摩托车、自行车电源、各种电能存储装置(风能、太阳能、储电柜等)、电动工具、军事领域等。
 

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