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中科院新能源成果推荐20200724

成果1. 锂离子动力电池废磷酸铁锂(LFP)正极材料再生利用成套技术

技术成熟度:研发阶段 ■小试阶段 □中试阶段□示范工程 □成熟应用阶段 □其它

技术简介及特点:本项目将利用电池拆解企业、电池梯级利用企业及电池生产企业产生的废磷酸铁锂正极粉为原料,经高效酸解、深度除杂、介质循环、液相合成等核心技术突破,化学再生制备成性能良好的磷酸铁锂正极粉,并销售给电池生产企业。本项目可实现磷酸铁锂正极材料中LiFeP的全利用,且介质再生循环,无三废排放,全过程绿色、清洁。经济效益可观。

专利及进展情况:本项目已完成小试,获得的磷酸铁锂正极粉产品经第三方检测,其电化学性能达到国家相关标准要求。项目目前已申请有4项中国发明专利。

产业化前景分析:动力电池材料主要有三元材料和磷酸铁锂。因三元正极材料含有镍、钴等稀贵金属,价格高,因此已有回收技术多集中于三元材料的回收,回收技术已相对成熟,目前已有规模化的回收企业;而磷酸铁锂正极材料主要含有LiFeP等元素,价值相对较低,尚无规模化回收企业。即将报废的锂离子动力电池70%以上为磷酸铁锂电池,市场机遇好。本项目市场空间可达百亿/年规模。本项目核心技术还可拓展应用于三元材料的化学再生。

转化方式:技术转让 ■许可使用 □合作开发□风险投资 □面谈 □其他


成果2. 锂离子电池电极材料流态化气相包覆改性新技术

技术成熟度:研发阶段 ■小试阶段 □中试阶段 □示范工程 □成熟应用阶段 □其它

技术简介及特点:装备高镍三元层状过渡金属氧化物正极材料和高容量硅碳负极材料的下一代锂离子电池被认为是电动汽车未来持续发展的关键,本项目针对高镍三元材料和硅碳复合材料存在的循环不稳定和倍率性能差等问题,基于流态化技术和化学气相沉积原理,兼具流化床传热传质优异和化学气相沉积均匀等优点,设计开发了锂离子电池电极材料流态化气相包覆改性新技术,实现了不同粉体表面包覆设计,降低了传统气相沉积工艺的反应温度,提高了包覆效率,研发出了适合于工业中连续规模化生产的电极材料流态化气相包覆改性新技术,实现了高镍三元材料粉体表面氧化物包覆和硅碳复合材料粉体表面碳包覆。新工艺较传统电极材料粉体包覆工艺成本降低了50%

专利及进展情况:目前已申请发明专利2项。

产业化前景分析:中国新能源汽车发展迅猛,动力锂电池需求旺盛。2017年动力电池出货量为36.2GWh2018年和2020年的动力电池需求量分别为47GWh97GWh。国家对新能源汽车补贴方案间接引导电极材料体系的升级,具有性能优势的高镍三元层状过渡金属氧化物正极材料和高容量硅碳负极材料成为产业化热点,对高镍三元材料和硅碳复合材料的包覆改性已成为电极材料研发领域的热点之一。本项目开发出锂离子电池电极材料流态化包覆改性新技术,通过包覆体系设计和工艺参数优化可实现高镍三元材料粉体表面氧化物包覆和硅碳复合材料粉体表面碳包覆,包覆均匀且含量可控(0.1~3%),工艺简单,较现有传统工艺包覆效果改善明显,成本大幅降低。该技术环境友好、节能减排和社会经济效益显著,具有良好的推广应用前景。

转让方式:技术转让 ■许可使用 ■合作开发 □风险投资 □面谈 □其它


成果3. 离子液体高压电解液技术

技术成熟度研发阶段 □小试阶段 □中试阶段 ■示范工程 □成熟应用阶段 □其它

技术简介及特点:目前商业化电解液虽能满足一般动力电池的需求,但仍存在电化学稳定性不足、安全性差、有泄露风险、并进一步引发起火爆炸等的问题,但由于凝胶、固态电解质尚不成熟,近期内液态电解液仍将通知市场。而离子液体作为改善安全性、提高电化学稳定性的有效手段,也是高压电极材料应用的决定性因素。过程所通过将近十年的开发,已成功制备出稳定电压在5V以上、安全性能大幅度改善的离子液体高压电解液,并已在河南实现规模化生产。其成本与目前商业化高端电解液相近,但适用于300Wh/kg级高能量密度电池,可有效支撑高性能动力电池行业的快速进步。

专利及进展情况:申请专利16项,已授权8项。20141月已通过科学院组织的成果鉴定,与会专家一直认为该成果国际领先

产业化前景分析:截止到2017年,我国电解液的产销量已实现连续数年的快速增长,平均年增幅在20%以上,未来随着节能减排压力的增大、国家开始制定燃油车退市时间表,电动汽车必将迎来快速发展,相应的,电解液作为动力电池的重要组成部分,相应的市场空间也相当巨大。虽然我国电解液企业众多,但高端产品市场仍有空间。而过程所相关技术不仅具有更高的电化学稳定性,其安全性也更佳,因此市场潜力巨大。

转化方式技术转让 ■许可使用 ■合作开发 □风险投资 □面谈 □其他


成果4. 固体燃料解耦燃烧技术

技术成熟度:研发阶段 □小试阶段 □中试阶段 □示范工程 ■成熟应用阶段 □其他

技术简介及特点:解耦燃烧技术由中国科学院过程工程研究所发明,获得了中国科学院技术发明一等奖和国家专利优秀奖,是目前国内外唯一可以在实现固体燃料无烟燃烧的同时有效降低NOxCO排放的高效中小型燃煤或生物质实用技术。解耦燃烧技术通过优化炉膛结构来对固体燃料热解和燃烧过程进行解耦和有效控制,使燃料先后经过低温还原气氛下的低氮燃烧和高温氧化条件下的可燃物燃尽两个过程,实现燃料的连续分级充分燃烧。与传统燃煤炉相比,解耦燃煤炉的NOx排放可降低30%-45%,节煤量可达20%-30%,排烟林格曼黑度小于1,燃烧烟煤也可达到无烟排放标准

专利及进展情况:申请发明专利43项,其中获授权21项。201611月通过山东省煤炭工业局组织的科技成果鉴定,与会专家一致认为解耦燃烧技术具有创新性、实用性和广阔推广应用前景,总体达到国际先进水平。

产业化前景分析:在我国,近80%的居民使用低效炉具,燃用劣质、高硫烟煤。这些劣质散煤直烧低空直排的污染物达到超净排放的大型锅炉等量燃烧后的10-20倍。我国有燃煤工业锅炉60%以上为低参数、小容量的链条排炉或层燃炉,锅炉热效率平均60%-65%。由于燃煤工业锅炉数量大、分布广、排放高度低、燃煤品质差、治理效率低,污染物排放对城市大气污染贡献率高达45-65%。这些燃煤污染物排放是造成严重灰霾天气的重要原因之一。考虑到我国能源消费现状以及农村目前的经济发展状况,以亿万农民的实际需求、消费习惯和承受能力为导向,立足于利用我国资源丰富的煤炭资源,开发节能、环保、价廉和好使的洁净型煤和炉具,鼓励采用洁净型煤+解耦炉具的配套模式,是统筹解决我国农村煤炭散烧污染问题的根本途径。

转化方式:技术转让 ■许可使用 □合作开发 □风险投资 □面谈 □其他


成果5. 高性能高镍正极材料制备工艺

技术成熟度:研发阶段 ■小试阶段 □中试阶段 □示范工程 □成熟应用阶段 □其它

技术简介及特点:随着便携式电子产品的普及应用以及EVsHEVs 等动力汽车的发展,锂离子电池正极材料不断突破自身的瓶颈向高容量、长寿命和安全稳定等方向发展。高镍系正极材料Li(NixM1-x)O2成本较低、容量高且环境友好,受到越来越多的关注。但此类材料在实际应用中存在一些亟待解决的问题:高镍材料的表面pH值、残碱含量高,造成加工和存储困难,所制备电池胀气严重;伴随着循环过程,材料微观结构发生变化,最终导致容量衰减和循环性能变差。本技术通过离子掺杂和表面包覆相结合的手段,结合煅烧工艺和改性工艺的优化改进,从材料内部外部综合提高材料的电化学性能。

专利及进展情况:申请发明专利1项。针对高镍正极材料存在的问题,本技术通过材料煅烧工艺和改性工艺的开发,对材料性能进行优化,0.2C倍率下,高镍材料的放电比容量均达到200 mAh/g以上;0.5C倍率下,放电比容量均达到190 mAh/g以上;0.5C/0.5C循环100周容量保持率在88%以上,材料表面的pH值稳定在11.85以下。与企业材料性能对比,有较大的优势,目前已成功进行了公斤级放大试验。

产业化前景分析:按照国家动力电池技术路线图的规划,2020年动力电池能量密度要达到300Wh/Kg的目标,拥有更高能量密度的三元材料已成为主流技术路线。2017年新能源汽车推荐车型目录中专用车64%使用三元锂电池,乘用车中77%使用三元电池。随着国家对新能源汽车的能量密度要求逐年提高,未来三元材料的市场比重将有望持续提升。因此,高镍三元材料成为动力电池企业以及新能源汽车企业新的着力点,具有良好的推广应用前景。

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