高安全性锂离子汽车动力电池

——三维锂离子电池技术

一、三维锂离子电池概述

1. 传统的锂离子电池：其极板是由平面金属箔经涂覆电池浆料组成，其平面金属箔阻隔了极板A、B面离子的迁移，双面的活性物质敷料差使极板处于不稳定状态，致使电池处于过充、放状态，增加了电池的不安全因素，影响电池活性物质利用率和高倍率性能，

2. 三维锂离子电池：以三维铝箔作为正极板载体，三维铜箔作为负极板载体，采用立式拉浆极板工艺，增大活性物质导电界面，提高了活性物质充、放电性能，极板厚度增加了1.5倍，电池的克比容量可提高26%，降低电池材料成本15-20%，且具有极可靠的安全性能。

3. 三维金属箔：三维电池极板的关键材料，三维金属箔基体采用双向无落料穿孔，金属箔表面均布翻边透孔，双面呈致密的纤维状立体金属毛刺，电池活性物质浆料涂覆于三维金属箔双面、三维状立体毛刺对涂覆的活性物质起到包容和镶嵌作用，从而增加了极板的机械强度，降低了电池内阻，减少了材料成本，提高了电池的充放电特性。

二、三维锂离子电池的安全性

三维锂离子电池是当今最安全的汽车动力电池，电池产品先后在“国家电池产品质量监督检验中心”和“国家轻工业电池及储能材料质量监督检测中心”分别以QC/T 743-2006《电动汽车用锂离子蓄电池》、GB/T 31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及实验方法》为检验依据，对三维磷酸铁锂动力电池和三元锂离子电池进行了安全测试，所有安全项均具极佳安全状态，特别是针刺、挤压后的电池，具有电压不降、温度不升，穿刺电池并可放出90%左右的电池容量，此后，我们又在不同的3个机构的实验室进行了8个批次、42只三维磷酸铁锂汽车动力电池（60100131-5Ah）和三维三元锂离子电池（60100131-8Ah）样品进行针刺、挤压、撞击等项目的安全测试，并邀请了中南大学，中兴通讯、浙江省科学院等专家对测试过程进行了现场见证，亲临目睹了三维锂电这“不可思议”的安全状态。

三维锂离子电池还按国标要求进行了过充电、过放电、电池短路、跌落、85℃加热等安全测试，所有项目均达到电动汽车锂离子动力电池国标要求。

10月13日中南大学唐有根教授代表我公司在“北京锂电论坛”大会三维锂离子电池技术报告。

三．三维锂离子电池技术性能

1. 极板拉浆工艺：三维极板技术采用立式拉浆工艺，三维金属箔双面浆液贯穿，极板A、B面能量平衡，改善了电池的安全性能，降低了极板制造装备费用50% 以上，

2. 极板强度增加：三维金属箔的立体毛刺对活性物质起到包容和镶嵌作用，提高了电池基体与活性物质的粘合强度33%，

3. 降低电池成本：由于三维金属箔立体毛刺的电导和包裹作用，三维电池极板厚度可达到300—360μｍ，组合电池极板量减少了50%，可降低电池加工和材料成本10-15%，

4．提高电池比能量：三维极板技术增加了极板厚度，提高了活性物质的包容量和荷电性能，国家电池产品质量检测中心检测报告显示；磷酸铁锂电池比能量为145.5Wh/kg, 三元锂离子电池比能量为255.5Wh/kg, 三维电池的质量比能量提高了15-26%，

5. 倍率放电能力好：三维磷酸铁锂电池（60100131-5Ah ）4C放电率90%。

6. 三维锂离子电池安全可靠，安全测试表明：三维锂离子电池是当前最为安全的汽车动力电源，

四．三维极板技术及知识产权

三维金属箔及三维极板技术获国家发明专利和实用新型专利4项，三维金属箔结构、生产设备、专用模具、三维电池极板工艺等技术均具有完全知识产权，专利权属人是该技术发明人、公司法人高新峰先生。

五．“3DF”三维电池极板技术方案

1.  三维金属箔—锂离子电池极板载体

采用三维金属箔作为锂离子电池极板载体，替代传统的平面金属箔，三维金属箔表面均布细微的双向透孔，透孔的翻边毛刺相对金属箔表面立起，使金属箔呈致密三维结构状态，该金属箔作为锂离子电池极板载体，对活性物质起到包容和镶嵌作用，可提高极板强度和电池性能。

2．三维金属箔拉浆极板工艺

三维锂离子电池极板制备采用了立式拉浆工艺，替代传统的卧式涂布工艺，省却了精密昂贵的锂电池极板涂布设备，简化了生产工艺过程，大幅度降低锂电池生产装备费用。

图5-2-1    三维带拉浆极板工艺

3．三维电池极板特性

三维金属箔由于表面透孔毛刺作用，极板碾压后，三维金属毛刺无规则偏倒，对涂覆的活性物质起到包容和镶嵌固定作用，能有效增加了极板强度,提高了活性物质包裹能力，电池极板厚度增加了1.5倍，降低了电池制造成本，

三维金属箔的翻边透孔使锂电池极板具备了能量自平衡能力，能有效提高了电池过充放状态下的安全性，

图5-3-1 三维带（3DF）极板碾压分切工艺

图5-3-2 碾压后三维极板示意图

4. 三维锂离子电池极板参数

以三维铝箔作为正极载体，三维铜箔作为负极载体制作的5Ah-10 Ah锂离子软包电池极板参数如下：

l 三维极板厚度300-360μm，比传统电池极板增加1.5倍；

l 三维极板组合数量比传统电池极板减少了50%；

l 三维极板电池容量比传统电池提高了15-26%；

l 三维极板电池材料粘结强度比传统电池提高30%以上

l 三维极板电池材料成本降低15-22%（减少了极板数量、极板隔膜）

六．三维极板锂离子电池性能测试

   1. 磷酸铁锂电池（60100131-6Ah）

      测试机构：国家电池产品质量监督检验中心

 ● 电池比能量: 145.5Wh/kg,   4C放电率90%。

● 安全测试项目: A.过放电  B.过放电  C.短路  D.跌落

E.加热   F.挤压  G.针刺  H.撞击

● 测试电池图片

图6-1-1  三维极板磷酸铁锂电池（60100131-6Ah）

图6-1-2   100%荷电态  针刺测试

温度不升，电压不降， 穿刺后的电池放电容量92.8 %

图6-1-3   100%荷电态  200kN挤压测试

温度不升，电压不降，

图6-1-4     100%荷电态  撞击测试

电池中心上方置一直径15.8mm的钢柱，以9.1kg重物从610mm高度自由落到钢柱上，电池温度和电压没有明显变化，

2. 三元锂离子电池（60100131-8Ah）

● 电池比能量: 255.5Wh/kg,

● 安全测试项目: A.过放电  B.过放电  C.短路  D.跌落

E.加热   F.挤压  G.针刺  

● 测试电池图片

图6-2-1  三维极板三元体系电池（60100131-8Ah）

图6-2-2   100%荷电态  针刺测试

温度不升，电压不降， 穿刺后的电池放电容量99 %

图6-2-3   100%荷电态  200kN挤压测试

温度不升，电压不降，

七．三维电池检验报告

1. 三维磷酸铁锂电池检验报告

2．三维三元体系锂离子电池检验报告

3．三维三元体系锂离子电池检验报告

1. 三维磷酸铁锂电池检验报告