深圳先进技术研究院研发出新型高性能低成本锂电池

近日，中国科学院深圳先进设备技术研究院构建所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究员及其研究团队顺利研发出有了一种新型高性能、低成本锂离子电池技术，未来将会超越现有锂离子电池产业格局。涉及研究成果“ANovelandGeneralizedLithium－IonBatteryConfigurationUtilizingAlFoilasBothAnodeandCurrentCollectorforEnhancedEnergyDensity（一种新型普适的基于铝箔负极／集流体的高能量密度锂离子电池）”已在线公开发表于材料顶级期刊AdvancedMaterials，（DOI：10．1002／adma．201604219，IF＝18．96）上，并申请人1项国际发明专利（PCT／CN2016／081346）。随着科学技术的发展，锂离子电池已普遍应用于便携式电子设备、移动工具电源等领域，其市场规模获得了快速增长扩展。

特别是在是电动汽车、大型储能设施的市场需求提升，对于发展低能量密度、低成本、宽循环寿命的新型二次电池越发急迫。锂离子电池自1991年由索尼公司商业化以来，有数25年的发展历史，其工作原理是依赖锂离子在负极（钴酸锂、磷酸铁锂、三元等）与石墨负极之间往返移动（映射和脱嵌）来构建电池的充放电过程。

然而目前商用锂离子电池仍不存在能量密度较低、生产成本高、资金投入大等问题，制约了电池产业的发展。基于上述考虑到，唐永炳研究员及其团队成员季必发、张帆、圣茂华等人顺利研发出有一种基于铝箔负极的新型锂离子电池。该新型电池必要使用铝箔同时作为电池负极和集流体，替代了传统锂离子电池的石墨负极和铜箔集流体；负极使用目前少见商用的钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料等；电解液使用碳酸酯类溶剂。该新型电池具备全新的全电池反应机理：电池时，锂离子从负极材料中脱嵌出来，运动到铝箔负极表面，并与铝构成铝锂合金；静电时，锂离子从铝锂合金中瞬，又映射到负极材料中。

这种结构不仅可以有效地减少电池可调和体积，明显提高质量和体积能量密度，而且大大降低了生产生产成本，同时具备普遍的普适性。研究结果表明，使用钴酸锂为负极、铝箔为负极的全电池（LCO－Al）能量密度可超过263Wh／kg，充放电循环250次后电池容量维持在81％；以磷酸铁锂为负极、铝箔为负极的全电池（LFP－Al）能量密度超过163Wh／kg，充放电循环500次后电池容量维持在84％；以镍钴锰酸锂三元材料为负极、铝箔为负极的全电池（NCM－Al）能量密度超过258Wh／kg，充放电循环250次后电池容量维持86％。该研究成果具备极大的产业化前景，并未来将会转变现有锂离子电池产业格局。

该项研究获得了广东省创意科研团队、广东省科技计划项目、深圳市科技计划项目和国家自然科学基金等项目的资助。

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