这项技术让电动汽车续航更久、更安全

突破高端镍基三元正极材料制备“卡脖子”技术难题

【人物名片】

郭孝东，四川大学化学工程学院副院长、教授

●获奖情况：

2021年度四川省科学技术进步奖一等奖

●获奖项目：

动力电池用高能量密度、高稳定性镍基三元正极材料制备技术及关键装备

●项目点击：

针对镍基三元正极材料当下亟待解决的关键技术难点，组成产学研用项目团队，历时十余年，在多个国家级、省部级重点项目等的支持下，展开从基础研究到产业化的系统创新。该技术突破了高端镍基三元正极材料制备这一“卡脖子”技术难题，项目成果总体国际先进，其中的高温稳定性达到国际领先水平

受访者供图

13年前，大半生致力于磷化工研究的四川大学化学工程学院教授钟本和，新开锂电材料研究方向，那时新能源汽车还处于示范和推广初期。

13年后，这颗“种子”生根发芽、开花结果——团队在高能量密度、高稳定性动力电池正极材料上的研究成果，突破我国锂电行业的“卡脖子”技术。川大化工学院锂电材料方向上的第一个研究生、如今的团队带头人郭孝东，作为第一完成人获得2021年度四川省科学技术进步奖一等奖。

□四川日报全媒体记者 徐莉莎 李强

突破

十余年钻研 攻克“卡脖子”技术难题

电池能量密度是影响电动车续航里程的关键因素。因此，高能量密度、高稳定性的动力电池技术成为如今新能源汽车行业发展的突破口。

郭孝东介绍，电池能量密度取决于正负极材料。目前，负极材料能量密度已接近其理论极限；正极材料中，磷酸铁锂电池和三元锂电池为市场主流，占动力电池出货量的九成以上。

如今，三元锂电池的发展趋势是高镍化。然而与磷酸铁锂相比，镍基三元正极材料存在稳定性差、规模化制备难度大等技术瓶颈——这些“卡脖子”技术，之前都被日本、韩国掌握着。

在钟本和与郭孝东的带领下，川大化工学院针对镍基三元正极材料亟待解决的关键技术难点，组成产学研用项目团队，展开了十余年的“跋涉”。

“我们设计的多元素协同稳定组成体系及径向有序二次颗粒结构，消除了锂、镍原子混排等导致稳定性差的不利因素，降低了镍基三元正极和电解液之间的副反应。”郭孝东说。

高温稳定性是影响动力电池安全和稳定的核心指标，也是高镍三元正极材料的痛点。钟本和透露，团队所设计的镍基三元正极高温（45℃）1C/1C循环1200周容量保持率≥80%，达到国际领先水平。

转化

产学研用结合 成果转化产值超15亿元

团队何以迅速取得系列成果？郭孝东认为，面向国家重大需求，产学研用结合是关键。“在实验室制备和工业化生产大不相同。”

因此在项目研究之初，他们便集合了省内外的重点企业，围绕“材料体系—生产工艺—关键装备”进行了从基础研究到产业化的系统创新。

在生产工艺上，团队把传统的间歇法生产改成连续法生产。“这是提升电池稳定性的关键之一。”郭孝东比喻，间歇法就好比用同一口锅在不同时间做饭，每次做饭用水用米、控制条件很难做到完全一致，因而产品也很难保持一致性。连续法则是通过改进工艺流程和设备，保持控制条件稳定，不断进料、生产、出品，进而确保上万吨产品的一致性。

同时，在装置上，为适应连续法生产创新，团队还创制了新型反应釜。

郭孝东介绍，过去采用间歇法，用多个反应釜同时生产。在连续法下，新型反应釜扩大了容积，也提高了生产效率和产品稳定性。同体积新型反应釜生产效率，相比常规三斜桨反应釜提升超过3倍。颗粒离散度是衡量产品批次稳定性的关键指标，新型反应釜出品的正极材料颗粒离散度降低了50%。

通过产学研用结合，团队的基础研究成果在两家合作企业中迅速转化，分别建成年产5000吨镍基三元正极和年产1万吨前驱体生产线，累计销量超2万吨，产值逾15亿元。产品客户有宁德时代、星恒电源、鹏辉电源等电池行业头部企业。项目产品累计装车20万辆，每年降低尾气排放过万吨。

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