锂离子电池对现代电子设备、电动汽车和储能系统至关重要,然而目前商用锂离子电池不能苛刻温度环境下使用,尤其在低温环境下能量密度严重衰减,限制了其在电动汽车、户外储能、国防军工以及深空探测等领域的应用。随着锂离子电池应用领域的不断拓展,要求锂离子电池在高温/低温兼顾条件下能提供能量输出,以保障装备正常工作,目前锂离子电池还难以达到这一要求。同时,锂离子电池作为苛刻温度环境服役的电源设备仍需克服较多的问题,如无法跨温区使用、低温无法充电、安全性能低等。
本成果攻克了复合碳负极材料、快离子输运特性正极材料和宽温域高电导率电解液体系等关键材料,解决了锂离子电池低温容量衰减严重、低温无法充电和高温/低温不能兼顾使用三大技术难题,突破了锂离子电池在-60~70℃宽温域使用技术壁垒,开发的锂离子电池产品可在高原高寒、沙漠、极寒极地、深空等全疆域使用要求。
本团队拥有教授、副教授和研究生100余人,依托中南大学“粉末冶金国家重点实验室”、“轻质高强结构材料国家级重点实验室”及“粉末冶金国家工程研究中心”等3个国家级研究和产业化平台,完成了三项技术转化。
本项目成果整体达到国际领先水平,产品已应用在中国兵器工业集团、中国船舶集团等军工企业生产的特种车辆电动工具、单兵融合信息终端、加固型笔记本电脑等武器装备上,技术成熟可靠,并从实践中不断升级技术,使得该技术满足未来市场需求。
2020全球锂离子电池市场规模约为535亿美元,仅全球便携式储能电源市场收入达到了11.42亿美元。2022年全球锂电池产业规模将达647亿美元。极端环境服役的锂离子电池可填补宽温域锂离子电池的市场空白,应用在武器装备、户外储能、电动汽车、便携式电源设备等领域,市场空间巨大。
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