成果名称：	高比能全固态聚合物锂离子动力电池研发
登记日期：	2021-07-29
完成单位：	珠海冠宇电池股份有限公司
完成人员：	李素丽,赵 伟,李俊义,唐伟超,高云智,左朋建,莫肇华,张赵帅,董德锐,伍鹏
研究起止日期：	2017-09-01至2020-12-31
主要应用行业：	制造业
高新技术领域：	新能源与节能
评价单位：	广东省电子信息行业协会
评价日期：	2021-06-24
成果简介：	1.任务来源
本项目属于珠海市引进创新创业团队项目，项目名称为：高比能全固态聚合物锂离子动力电池研发与产业化（ZH01110405170016PWC），所述领域为新能源领域（高性能电池）。
2.性能指标
本项目聚焦高安全、高比能全固态聚合物锂离子动力电池的开发及产业化，目标是开发出能量密度300Wh/kg 以上，循环寿命2000 次以上的高安全全固态聚合物锂离子动力电池，并实现批量生产。本项目以高安全、高比能全固态聚合物锂离子动力电池的开发及产业化为目标，以先进新型固态聚合物电解质材料以及超薄高容量金属锂负极材料、固态锂离子电池专用富镍高压正极材料的批量制备为技术支撑，优化生产工艺，以期突破传统液态锂离子电池的能量密度的瓶颈并从根本上解决动力电池的安全性问题。
与使用液态电解液的锂离子电池相比，固态锂电池的主要区别在于采用了固态电解质，因此具有更高的安全性能。表1 列出了固态锂电池和锂离子电池的结构特点及优缺点。固态锂电池由于储能密度高、安全性好、不存在电解液的分解与泄露、封装速度快、可以制成高电压单元（12 及24V vs. Li/Li+）等液态锂离子电池无法比拟的优点，成为下一代高比能储能器件的研究热点之一。
本项目聚焦固态电池的技术研发与产业化，旨在推动公司下一代电池技术的发展，推动对现行储能体系的升级换代，抢占新能源汽车动力电池发展的制高点。整个项目的实施周期为2017 年9 月1 日至2020 年12 月
日，项目目标是开发出高比能高安全的固态聚合物锂离子动力电池，并在新能源汽车上进行示范应用。项目的关键技术指标为：固态单体电池能量密度≥300Wh/kg，循环寿命≥2000 次。该项目主要采用复合固态电解质技术路线，解决的行业关键技术包括：
①高强度、超薄、高电导率、高离子迁移数、耐高温且不易燃的固态电解质关键材料开发（室温离子电导率≥0.5 mS/cm；电化学窗口在0-5 V，拉伸强度40 MPa 以上）
②电极/电解质界面原位构筑技术开发
③高电化学性能锂基负极材料开发（厚度≤20μm 超薄金属锂）
④高倍率、高容量固态电池专用正极材料开发（比容量≥160mAh/g）本项目聚焦固态单体电池的开发，制定了以下单体电池的核心技术指标：容量≥22Ah，能量密度≥300Wh/kg，循环寿命≥2000 次，安全性达
到国标要求。
本项目取得的关键技术指标处于国内先进水平，部分指标处于国内领先水平。本项目中聚合物电解质材料在电化学窗口指标上处于全球先进水平，在室温离子电导率指标上距离国内外最高水平有一定差距；本项目中超薄金属锂负极材料的性能指标在国内外与最高水平处于持平的状态；本项目中固态专用高镍三元正极材料的性能指标略低于国内外最高水平。总体上，本项目的技术先进性处于行业内前列。本项目中固态电解质膜材料与超薄金属锂负极材料仍然存在一些未攻克的技术缺陷，且与之匹配的其他技术难点也未攻克，因此其在全球范围内均未有成功应用的例子，该技术的实用性还需要未来技术成熟后的市场上进行验证。本项目中固态专用高镍三元正极材料中的技术目前已经部分应用于电池产品中，实用性较强，属于成熟度较高的技术，未来随着技术创新点三的技术不断进步，其应用将会更加广泛。
4.成果的创造性、先进性
本项目具备自主知识产权，且在全球范围内未有相同技术报导，创新性和先进性较强。其中本项目的聚合物电解质膜材料具体包括以下两个专利技术：①专利202010245907.X：通过在固态电解质中引入自由基淬灭剂，制备了强抗氧化型固态聚合物电解质， 国内外均无报导。② 专利202010134843.6：通过设计固态电解质膜为3 层功能层的结构，增强了电解质抑制锂枝晶的能力，提升了固态电池循环寿命，国内外均无报导。本项目的超薄金属锂负极材料包含的具体专利技术如下：专利201811039172.4：采用真空蒸镀在多孔膜表面以及孔内附着一层超薄金属锂，得到高强度超轻超薄锂带，采用该技术可以实现20μm 厚度的超薄锂带。本项目的固态专用高镍三元正极材料包含的具体专利技术如下：专利201911165433.1：通过在正极材料表面包覆一层具有自愈合性的固体电解质层，可以在固态电池循环的过程中，不断修复锂离子脱出嵌入造成的裂纹，从而改善电池的循环性能。
上述技术成果都具有自主知识产权，且在全球范围内未有相同技术报导，因此均具备较强的新颖性。其中聚合物电解质膜材料的电化学窗口指标上处于全球先进水平，超薄金属锂负极性能指标在国内外与最高水平处于持平的状态，总体上，本项目的技术先进性处于行业内前列。
5.作用意义
本项目在项目周期内，累计投入6696.8 万元研发经费，到2019 年后本项目产生的衍生技术开始应用于动力电池产品中，累计产生22544478.11 元销售收入，直接纳税16.54 万元，随着后续技术不断完善，本项目中的技术将会在公司更多的产品中得到推广与应用，预期将会创造更多的销售收入以及更多的税收。
本项目聚焦固态电池前沿技术，在人才引进方面本项目周期内共全职引进人才24 人，包括教授专家2 人，博士6 人，硕士16 人；在人才培养方面本项目为公司培养了大量的技术骨干人员，其中团队成员有3 人获得
省级奖项；1 人获得省级人才称号，2 人获得市级人才称号。随着本项目后续技术不断成熟，预期将会创造更多的就业岗位。