科创中国

行业领域

新材料技术,高技术服务业

需求背景

  随着电动汽车市场的蓬勃发展，作为其核心组件的锂离子电池得到了社会的广泛关注，具有广阔的市场前景。近年来，材料体系和厚电极结构的开发使得电动汽车的动力表现和续航里程已经能够媲美传统内燃机汽车。然而，与快捷的加注燃油相比，电动汽车充电的高额时间成本限制了它的应用场景。因此布局超快充动力电池已成为电动汽车发展的重要方向之一。

      设计超快充电芯本质上是利用材料改性、设计优化等策略加快电池内部的锂离子和电子传输，以提升充电倍率，缩短充电时间。但是，大电流密度容易带来动力学极化和负极析锂问题，另一方面，电芯在超快充期间产生的大量焦耳热难以均匀、有效散去，引发性能衰减加速，甚至安全问题。因此，设计超快充电极结构来构建高效的锂离子传输通道和良好的电子传导网络，并建立发热模型评估电芯内部的产热及热量分布，对设计超快充动力电池、开发超快充电动汽车具有重要推进作用。

      通过多孔隙、垂直孔道、多梯度涂层等结构设计均可减少电极迁曲度，缩短离子传输路径，提高传输动力学，有望设计出超快充电极结构。但制造多孔隙、垂直通道的方法工艺复杂、设备昂贵，且需引入牺牲材料，存在难以去除部分从而引入杂质或副产物，很难被推广应用到大型工业化产生上。因此、借助可大规模生产的多梯度涂层方法，攻关不同涂层间的配方、孔隙、界面等设计参数，开发出具有上层高孔隙、下层高压实结构的电芯极片，兼顾离子、电子传输。此外，考虑到快充电芯产热问题，建立电-热耦合的发热模型，通过分解各组成单元内阻，实现电芯内部产热分布监控的同时明晰各过程对电池快充性能的贡献与限制，精准定位传输决速步骤，针对性优化结构设计，最终实现超快充电极结构的开发设计。

      技术指标参数： (1)设计超快电极结构设计，组成软包电芯，4C恒流充电比≥80%，5C恒流充电比≥75%； (2)构建发热模型，在不同工况下对超快充电芯热量分布进行仿真模拟，与实测值误差≤8%。

需解决的主要技术难题

（1）应征方非中间商，具备独立承担民事责任的能力，无信用不良记录，具备履行合同必需的设备和专业技术能力，在经营活动中没有重大违法记录，未在长安汽车和深蓝汽车供应商黑名单内；

    （2）具备电芯材料理化测试能力，1~200Ah电芯试制能力，1~200Ah电芯电性能和安全测试能力，电性能测试通道数量>100个，具备电芯拆解及逆向分析能力，具备电芯电热仿真能力；

    （3）研发团队高级职称工程师>1人，成员>6人且需具备2年及以上电芯开发经验，拥有快充电芯开发经验；

    （4）项目开发周期<6个月；

    （5）项目知识产权双方共享，开发过程中的技术信息，包括方案设计、分析方法、体系文件等对合作方完全开放。

期望实现的主要技术目标

  通过构建多层级、高离子电导率的电极结构，可加速锂离子在电极内部的传输，突破锂离子电芯快充壁垒，从而有效提升电芯快充性能，实现更短的时间内完成更多续航里程的补充，同时也可以弥补电动汽车相对于燃油车充电时间长、便捷性相对较差的劣势，为进一步提高电动汽车渗透率提供了新的方向。

      此外，电动汽车的安全问题日益引发关注。超快充意味着短时间内电池将承受较大的电流密度，容易产生负极锂枝晶以及散热不均等问题，热安全隐患也随之提高。通过分析电芯内阻分布并建立电-热耦合模型，可以实时监测电芯内阻变化及热量分布，从而加强对电芯的热管理，对容易引发热失控的关键因素进行预判及针对性优化，降低超快充电芯可能引发的安全风险。

      综上所述，结合超快充电芯电极结构设计及发热模型搭建，可在实现快充的同时改善安全性，解决动力电池核心痛点问题，提高电动汽车在汽车市场的竞争优势，同时兼顾绿色出行与经济效益，促进提前实现碳达峰、碳中和目标。

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