锂离子动力电池能量密度已成为其家当化瓶颈，为此美、日、韩等首都制订了干系家当政策，其目标均指向“2020年能量密度达300Wh/kg”。日前，在国家重点专项支持下，宁德时期新能源科技株式会社研发团队占领高镍三元材料及硅碳负极材料等关键核心技能，率先开拓出比能量（质量能量密度）达304Wh/kg的电池样品，在这一国际竞赛中折桂。
打通“任督二脉”，补齐正极材料短板
锂离子动力电池是目前运用最为广泛的新能源汽车动力电池，是新能源汽车的核心部分。其上风在于能量密度高、循环寿命长，其技能难点在于稳定性和安全性哀求高、制备过程繁芜，该核心生产技能一贯节制在世界少数几个国家手中。
电池的能量密度，是指电池均匀单位体积或质量所开释出的电能。“目前能量密度的提升，成为制约锂离子电池发展的最大瓶颈，面临着诸多天下级难题。”宁德时期首席科学家吴凯说，电池厂家可通过增大电池尺寸来达到电量扩容的效果，但电芯“变胖”或者“长个儿”只治标，并不治本。
究竟是什么限定了锂电池的能量密度？
吴凯先容，电池背后的化学体系是紧张缘故原由。一样平常而言，锂电池的四个部分非常关键：正极、负极、电解质、膈膜。个中正负极是发生化学反应的地方，相称于人体“任督二脉”。
由于目前负极材料的能量密度远大于正极，正极材料就成为了“木桶的短板”——锂离子电池的能量密度下限取决于正极材料，以是提高能量密度就要不断升级正极材料。但是，我国高镍材料开拓起步晚，技能积累较为薄弱，制备工艺及装备条件较为掉队。
“批量稳定供应高性能的高镍正极材料，是高比能量动力电池开拓的关键技能难点之一。”吴凯说，为此，宁德时期依托国家工程研究中央、福建省重点实验室等重大科研平台，通过与家当链高下游互助单位的协同开拓，优化原材料合成工艺条件，提高构造稳定性，调度微不雅观构造、掌握材料描述和尺寸分布，逐步实现了国产高镍材料的规模化生产及运用。
与日韩竞争对手的同类材料比较，目前国产高镍材料具备可逆容量高、压实密度高、表面及体相构造相对稳定的特点，将冲破日韩技能垄断，提升海内家当链技能水平及国产动力电池核心竞争力，打掉创新路上的“第一只拦路虎”。
颠覆传统，办理负极材料的硬伤
负极材料也是锂离子电池的核心材料之一，目前大多采取石墨作为负极材料。随着对续航里程需求的持续升级，传统石墨负极已不能知足市场对电池能量密度的期望。
据测算，硅基负极材料的比容量可达石墨负极的10倍，被看作是后者的“替代者”。传统硅基材料的运用，紧张采取碳包覆技能，即在硅材料表面复合一层碳材料。吴凯先容，但由于硅材料充放电过程中体积变革高达300％，多次循环后表面包覆的碳材料会破碎、脱落，对硅材料的保护浸染大幅减弱，从而导致电池循环性能不佳。
这一天下级难题如“幽灵”一样平常困扰家当界10来年之久。
宁德时期摒弃了传统碳包覆技能，转向研究人造电解质界面膜包覆技能。历时2年多，将这一技能运用到硅材料制备，开拓出具有自主知识产权的新型人造电解质界面膜包覆的硅碳复合负极材料，其循环性能表现显著优于国外产品，打掉创新路上的“第二只拦路虎”。
“与碳材料比较，人造电解质界面膜与硅材料的结合浸染力更强、弹性更好、不易破碎或粉化，对硅材料起到很好的保护浸染，因此能够在循环中大幅提高硅材料的界面稳定性，从而提升电池的循环寿命。”吴凯说，此举将促进我国充分节制材料改性、先驱体合成等多方面的核心技能，实现关键材料技能的国产化，为硅碳复合负极的逐步商业化推广运用供应了主要保障。
完美“瘦身”，率先利用航空级别的“7系铝”
在能耗不变，体积和重量都受限的情形下，新能源汽车续航里程，紧张取决于电池包的能量密度。
“这就磨练研究职员为电池包‘瘦身’的能力。”吴凯说，宁德时期首次将航空级别的“7系铝”利用至电池包下箱体。“7系铝”，铝中的“战斗铝”，常被用于制造飞机起落架，具备轻盈、坚固、安全等特性。
吴凯见告，“7系铝”运用也具有很多风险，特殊是应力堕落征象（金属材料在某些特定的介质中，由于堕落介质和应力的共同浸染而发生断裂）。
“业内普遍认为这是‘7系铝’的技能难点，乃至是技能禁区。”吴凯说，为此，他们通过上百项的实验及干系工艺改进，使得应力堕落指数掌握在行业内最高水平。目前，宁德时期已成功开拓出“7系铝”下箱体，并已量产。
至此，该企业电池包下箱体轻量化设计已处于天下领先水平。这一全新能量密度的动力电池，能使B级纯电动轿车电池仓在现有根本上，不额外增加空间，载能量（装载电池的总电量）即可提升约50％；车载动力电池系统能量提高50％；整车重量可在现有根本上减重250公斤，使该车型标准工况续驶里程提高到600公里以上……
