2021年全国机械冶金建材行业“互助保障杯”职工技术创新成果展示

面向多种储能器件的低溶剂电极关键共性技术及应用

单位:中国第一汽车股份有限公司

项目是由中国第一汽车股份有限公司自主创新研发,主要应用于节能及新能源领域。

随着电动汽车的快速发展,用户对续驶里程、快速充电/充电便捷性、安全性和成本的需求不断提高,作为电池核心组件的电极,需要在性能和成本两方面得到突破。本项目打破现有材料体系的涂布电极技术限制,采用干法电极技术,通过一系列方法创新,提升了现有材料体系的电池能量密度并降低成本,并在部分车辆中实现国产化替代。

项目的主要创新点包括1)针对湿法涂布电极浆料活性炭固含量低的问题,发明了活性炭固液相接触界面调控制备浆料方法,通过活性炭和导电剂与粘结剂溶液固液相接触界面的调控,改变传质扩散方式,形成微球颗粒、块团、半流体和/或粘弹性流体、均质电极浆料,降低浆料制备过程中的固液相分离,提高活性炭固含量,增加极片涂布面密度,提升电极容量,缩短制程时间,实现涂布电极的产线生产2)围绕极片成型和电极活性材料的纳尺度孔结构及微尺度粒度与能量存储的关系,发明了适于电极双电层储能的纳微结构活性炭制备方法,通过梯度炭化、碱浸润活化,形成适于电解质离子存储的孔结构纳尺度有序分布,孔的有效利用率的提升,增加了电极容量;粒度微尺度分布重整,改善了孔的传输结构以及极片的成型性发明了炭表面钝化方法,去除含氧官能团,提高稳定性该技术拓展应用于制备活性石墨烯及其复合材料3)针对石墨烯极片密度低的问题发明了干法粘结剂纤维化成膜方法,利用聚四氟乙烯发生相变的同时,在剪切力作用下片晶取向拉伸形成细小纤维构筑成网络,将活性石墨烯和电解质盐包覆在一起,形成片状混合物,经辊压整体成碳膜,极片密度大大提高。注液过程中只注入溶剂扩散溶解整个极片的电解质盐,解决了注液时间长,电解质盐结晶的问题该技术实现了活性炭干法电极的产线生产。

项目自投产上线以来成效显著。由本项目发明技术制备的电极比电容31F/g,超级电容器单体比能量5.5Wh/kg,比功率5.89kW/kg,模组比能量2Wh/kg,比功率2.59kW/kg,主要性能指标达到美国Maxwell同类产品水平。超级电容器增强启停系统应用于红旗轿车,启动时间缩短200ms,在启停节油基础上,可进一步节油0.3L/100km,同时改善了用户使用体验,已销售7万余辆。