高壓金屬鋰電池市場(chǎng)分析報(bào)告-培訓(xùn)課件

匯報(bào)提綱研究背景電解液調(diào)控及界面化學(xué)集流體構(gòu)筑與化學(xué)改性類固態(tài)電解質(zhì)總結(jié)與致謝1.

研究背景3近年來(lái)，國(guó)家層面頻繁出臺(tái)新能源法規(guī)、政策，引導(dǎo)促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。大規(guī)模使用綠色能源，大力發(fā)展長(zhǎng)壽命、高安全性、高能量密度的電化學(xué)儲(chǔ)能材料、器件與其應(yīng)用，將助力實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”總體戰(zhàn)略目標(biāo)。國(guó)家層面有關(guān)新能源行業(yè)政策重點(diǎn)內(nèi)容發(fā)布時(shí)間發(fā)布單位政策名稱主要內(nèi)容2021.4國(guó)家能源局《2021年能源工作指導(dǎo)意見(jiàn)》當(dāng)前國(guó)內(nèi)外形勢(shì)錯(cuò)綜復(fù)雜，能源安全風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。落實(shí)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展任務(wù)艱巨。為持續(xù)推動(dòng)能源高質(zhì)量發(fā)展，國(guó)家能源局制定了2021年主要預(yù)期目標(biāo)；目標(biāo)主要圍繞能源結(jié)構(gòu)、供應(yīng)保障、質(zhì)量效率、科技創(chuàng)新和體制改革五大方面進(jìn)行。2021.3全國(guó)人民代表大會(huì)《2021年政府工作報(bào)告》大力發(fā)展新能源，增加停車場(chǎng)、充電樁、換電站等設(shè)施，加快建設(shè)動(dòng)力電池回收利用體系。2021.3全國(guó)人民代表大會(huì)《“十四五”規(guī)劃和2035遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》突破新能源汽車高安全動(dòng)力電池、高效驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高性能動(dòng)力系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)。2021.3/中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革,要把碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局，拿出抓鐵有痕的勁頭，如期實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的目標(biāo)。2021.3十三屆全國(guó)人大四次會(huì)議《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》鞏固提升新能源等領(lǐng)域全產(chǎn)業(yè)鏈競(jìng)爭(zhēng)力，從符合未來(lái)產(chǎn)業(yè)變革方向的整機(jī)產(chǎn)品入手打造戰(zhàn)略性全局性產(chǎn)業(yè)鏈。聚焦新能源、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，加快關(guān)鍵核心技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，增強(qiáng)要素保障能力，培育壯大產(chǎn)業(yè)發(fā)展新動(dòng)能。2020.7工信部《推動(dòng)公共領(lǐng)域車輛電動(dòng)化行動(dòng)計(jì)劃（征求意見(jiàn)稿）》推動(dòng)公共領(lǐng)域車輛電動(dòng)化，對(duì)帶動(dòng)和擴(kuò)大新能源汽車消費(fèi)，促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排和綠色發(fā)展。2020.12國(guó)務(wù)院《新時(shí)代的中國(guó)能源發(fā)展白皮書》白皮書指出,，推動(dòng)儲(chǔ)能與新能源發(fā)電、電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行，開(kāi)展電化學(xué)儲(chǔ)能等調(diào)峰試點(diǎn)。加快新能源等領(lǐng)域規(guī)章規(guī)范性文件的“立改廢”進(jìn)程，將改革成果體現(xiàn)在法律法規(guī)和重大政策中。全面取消新能源等領(lǐng)域外資準(zhǔn)入限制。2018.2財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部、發(fā)展改革委《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》根據(jù)動(dòng)力電池技術(shù)進(jìn)步情況，進(jìn)一步提高純電動(dòng)乘用車、非快充類純電動(dòng)客車、專用車動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度理想要求，鼓勵(lì)高性能動(dòng)力電池應(yīng)用。2016.11工業(yè)和信息化夠《汽車動(dòng)力電池行業(yè)規(guī)范條件》(征求意見(jiàn)稿）提出鋰離子動(dòng)力電池、金屬氫化物鎳動(dòng)力電池、超級(jí)電容器單體企業(yè)年產(chǎn)能力分別不低于80億瓦時(shí)、1億瓦時(shí)、1千萬(wàn)瓦時(shí)，系統(tǒng)企業(yè)年產(chǎn)能力不低于3萬(wàn)套或40億瓦時(shí)。國(guó)家及市場(chǎng)需求1.

研究背景高壓金屬鋰電池關(guān)鍵挑戰(zhàn)：高壓金屬鋰電池依然面臨著循環(huán)穩(wěn)定性差、安全性能低等挑戰(zhàn)高理論容量鋰金屬負(fù)極搭配高壓層狀過(guò)渡金屬氧化物正極是快速提升鋰基電池能量密度的有效策略。能量密度=(容量×平臺(tái)電壓)/質(zhì)量負(fù)極：層狀石墨

→

硅碳

→

金屬鋰

(高容量、低電壓、質(zhì)量輕)正極：磷酸鐵鋰→

鎳基/錳基氧化物正極(高壓、高容量)→

硫/氧氣/二氧化碳…050010001500Specificenergy

(Wh/kg)Energydensity

(Wh/L)石墨/LiCoO2金屬鋰/高壓正極1.

研究背景5硅基負(fù)極1、精確微納結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2、彈性聚合物表面改性3、鋰離子快速通道構(gòu)建高壓金屬鋰電池1、三維集流體構(gòu)筑2、誘導(dǎo)沉積與防腐蝕3、鋰離子溶劑化結(jié)構(gòu)、SEI優(yōu)化磷/過(guò)渡金屬基負(fù)極1、磷顆粒結(jié)晶性控制2、活性材料-碳均勻分散3、納米尺度微加工研究方向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化應(yīng)用基礎(chǔ)研究2.

電解液工程2.1“溶劑溶鹽”策略溶劑促溶添加劑提升碳酸酯電解液與鋰負(fù)極兼容性（局部）高濃添加LiNO3LiNO3在碳酸酯電解液的溶解度低（~0.01mg

mL?1）Tetraglyme

(G4)-LiNO3高濃溶液→添加劑溶解度差異→

AGG/CIP

→

電化學(xué)窗口（LHCE）I3-/I-

氧化還原對(duì)化學(xué)拋光

+

LiNO3

→

重構(gòu)SEI

（鋰氧電池）可逆，電壓

>

2.9V或脫鋰正極SEI非活性鋰

→

可逆容量（脫鋰正極）界面電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)協(xié)同材料熱力學(xué)調(diào)控正負(fù)極界面電化學(xué)行為5Adv.Funct.Mater.,2022,32,

22047682.

電解液工程2.1“溶劑溶鹽”策略高濃添加劑加入到碳酸酯電解液本體中，陰陽(yáng)離子聚集結(jié)構(gòu)依然很好的保持，自由溶劑G4隨著濃度升高在減少高濃添加劑

→

沒(méi)有足夠的溶劑分子Contactionpairs

(CIPs)Cation–anionaggregates

(AGGs)6Adv.Funct.Mater.,2022,32,

22047682.

電解液工程2.1“溶劑溶鹽”策略電化學(xué)性能及沉積形貌LiNO3和I3-/I-氧化還原電改善SEI穩(wěn)定性和更快的Li+-轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)1.6

V左右的LiNO3分解；3.6

V

I-到I3-的電化學(xué)氧化反應(yīng)；I2不會(huì)在CV中引入額外的還原峰沉積形貌差異明顯，枝晶or平面沉積7Adv.Funct.Mater.,2022,32,

22047682.

電解液工程2.1“溶劑溶鹽”策略SEI結(jié)構(gòu)變化SEI厚度、致密程度與金屬鋰的附著狀態(tài)差異明顯8Adv.Funct.Mater.,2022,32,

22047682.

電解液工程2.1“溶劑溶鹽”策略SEI成分變化有機(jī)物的SEI和溶劑分解LiF來(lái)源：FEC

or

LiPF6Li3N形成Li2O消失Arsputteretching:0.29

nm/sLPFLPFN-i29Adv.Funct.Mater.,2022,32,

22047682.

電解液工程2.1“溶劑溶鹽”策略I3-/I-

氧化還原對(duì)工作機(jī)制化學(xué)拋光，雜質(zhì)峰減少I3-/I-可逆轉(zhuǎn)換FePO4自發(fā)鋰化后LiFePO4的出現(xiàn)3Li2O+3I-=6Li++8I-+IO

-3 32Li+I-=2Li++

3I-32FePO4+2Li++3I-=2LiFePO4+I

-310Adv.Funct.Mater.,2022,32,

22047682.

電解液工程2.1“溶劑溶鹽”策略物理場(chǎng)模擬和化學(xué)計(jì)算高離子導(dǎo)率、均一SEI有利于平面沉積能量計(jì)算——高度自發(fā)前線軌道——反應(yīng)傾向選擇性11Adv.Funct.Mater.,2022,32,

22047682.

電解液工程2.1“溶劑溶鹽”策略全電池/無(wú)負(fù)極電池電化學(xué)性能靜置自放電行為低N/P比無(wú)負(fù)極12Adv.Funct.Mater.,2022,32,

22047683.

集流體改性與構(gòu)筑3.1

MPTS改性商用銅箔自組裝多孔膜鈍化商用銅集流體雙重鍵合Cu-S鍵和Si-O-Cu共價(jià)鍵的結(jié)合，使得聚合物薄膜在反復(fù)充放電過(guò)程中緊密的附著在銅集流體上。表面能聚合物薄膜降低了鋰成核勢(shì)壘，其表面能較低的特性促進(jìn)Li核的側(cè)向生長(zhǎng)，形成較大的塊狀鋰沉積，抑制鋰枝晶的形成。環(huán)境和電偶腐蝕聚合物膜具有高的化學(xué)及電化學(xué)穩(wěn)定性，顯著提升了銅集流體的抗腐蝕性能。同時(shí)，致密、大塊的Li沉積層以及聚合物薄膜的鈍化效應(yīng)，也有效抑制了電偶腐蝕的產(chǎn)生。13Adv.Funct.Mater.,2021,31,

2104930.3.

集流體改性與構(gòu)筑3.1

MPTS改性商用銅箔自組裝多孔膜3-巰基丙基三甲氧基硅烷14Adv.Funct.Mater.,2021,31,

2104930.3.

集流體改性與構(gòu)筑3.1

MPTS改性商用銅箔ef抗電偶腐蝕性能15Adv.Funct.Mater.,2021,31,

2104930.3.

集流體改性與構(gòu)筑3.1

MPTS改性商用銅箔?????????

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????????????3????4???????????????????????????GibbsfreeenergyofnucleationFreeenergychangeper

volumeΔ????????

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?????????Criticalnucleation

radiusCriticalnucleationfree

energy鋰金屬形核機(jī)理與沉積形貌16Adv.Funct.Mater.,2021,31,

2104930.3.

集流體改性與構(gòu)筑3.1

MPTS改性商用銅箔01002003004005000100200300MPTS-CuBare

CuCycle

numbercapacity(mAh

g-1)406080100CE

(%)電化學(xué)性能17Adv.Funct.Mater.,2021,31,

2104930.3.

集流體改性與構(gòu)筑3.1

MPTS改性商用銅箔抗環(huán)境腐蝕性能18Adv.Funct.Mater.,2021,31,

2104930.4.

類固態(tài)電解質(zhì)MOF修飾商用隔膜均勻規(guī)則的MOFs形貌通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱法和油浴法將負(fù)電官能團(tuán)-SO3-嫁接到UIO-66上，且保持了UIO-66原始的八面體形貌。高鋰離子遷移率負(fù)電基團(tuán)-SO3-依靠靜電作用排斥陰離子促進(jìn)鋰離子通過(guò)，大大提高了鋰離子遷移率，緩解充放電過(guò)程中的濃差極化。良好的熱穩(wěn)定性MOFs涂覆改性隔膜擁有更好的熱穩(wěn)定性，能夠?yàn)殇嚱饘匐姵亻L(zhǎng)循環(huán)提供更好的安全性保證。MOF修飾商用隔膜19Chem.Eng.J.,2023,451,

1385364.

類固態(tài)電解質(zhì)MOF修飾商用隔膜UIO-66化學(xué)改性負(fù)電官能團(tuán)-SO3-嫁接到UIO-66上，且保持了UIO-66原始的八面體形貌噴涂成膜UIO-66顆粒與聚合物PAA分散在酒精中，進(jìn)面噴涂，具有較好附著力20Chem.Eng.J.,2023,451,

1385364.

類固態(tài)電解質(zhì)MOF修飾商用隔膜120

℃anionicdyemethylblue

solution21Chem.Eng.J.,2023,451,

1385364.

類固態(tài)電解質(zhì)MOF修飾商用隔膜電化學(xué)性能阻抗變化較小鋰離子遷移