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8种正极材料的容量数据
Farasis在具有固定容量的Si负极的单层软包电池中评估了12种正极材料(高压NCM,含有富锂锰基的NCM和高镍NCM),在10Ah软包电池中的目标能量密度为290-310Wh/kg。基于循环寿命,DCR和倍率性能的结果,Farasis向下选择了具有300Wh/kg目标能量密度的正极材料。向下选择的正极材料将继续进一步优化第一代可转化的电池,其目标循环寿命>400次循环且初始能量密度为300Wh/kg。与此同时,Farasis正在使用所选的正极材料来优化单层软包电池中的锂源,以改善循环寿命,并研究对电池的阻抗和安全性的影响。
如下图显示了在10-30Ah不同大小电池中(固定的负极容量,300Wh/kg能量密度)的不同正极材料的循环寿命。
不同正极材料的循环寿命
负极技术的开发
Farasis已经评估了供应商所提供的一系列Si材料(Si合金,SiO,Si纳米线和Si纳米颗粒)的单层软包电池,目标能量密度为290-310Wh/kg。Farasis评估了一系列配合五种不同正极材料的Si材料,并根据300Wh/kg电池的体系活性物质的循环寿命,阻抗和倍率性能,对这些材料进行了选择,以应对USABC所定的400Wh/kg的目标。
预锂化技术的开发
Farasis合成了用于预锂化的锂源。在第一年的时候成功合成了大批锂源材料(用于预锂化)并在含有Si基阳极的单层软包电池中测试这些材料。Farasis制造了包含预锂化小软包电池,以确定其对循环寿命的影响。下图显示了Si复合材料(>1000mAh/kg)预锂化与否的循环寿命比较。
正极C1.4,负极预锂化与否的循环寿命
电解液技术的开发
Farasis正在对3Ah18650电池以及单层软包电池进行电解液研究,评估和优化。下图显示了不同电解质配方的循环寿命结果,这是在没有预锂化的10-30Ah电池中,匹配300Wh/kg材料体系。结果表明,与其他电解质相比,EV12的循环寿命更好(450周循环@80%保持)。含有EV12的电池还表现出较低的阻抗和较好的倍率性能。
不同电解液的电池循环结果
电芯开发
Farasis在项目的前六个月提供了基准电芯进行测试。为了满足USABC第1代300Wh/kg的目标,Farasis制造了200个3Ah18650电池,进行电解质优化,并了解材料的相对安全性。基于18650和具有不同正负极的单层软包电池的结果,Farasis为10-30Ah电池设计中针对300Wh/kg的材料体系制作了100个1.5Ah软包电池。
为了满足USABC的目标,Farasis将继续通过从小电池结果(循环寿命,阻抗,倍率和安全性)以及其他电池组分的优化实施改进的材料来制作多个高容量的电池。下图显示了1.5Ah软包细电芯的循环寿命,预计这些电芯的循环寿命在350-400个循环之间。
不同电解液配方的循环寿命
总结
在项目最初开始的8个月,孚能评估了12种正极材料和4种硅负极材料,选择了第一代可交付(300Wh/kg)电芯的材料体系,循环寿命为450保持率80%,且没有经过预锂化。该体系可在10-30Ah电池中满足300Wh/kg目标。Farasis已对不同的体系进行了相对安全性测试。接下来对于不同的导电添加剂和电解质,继续在第一代化学中进一步优化,为了达到USABC的目标,将开始研究具有预锂化的高容量Si(>1000mAh/g)。目前已在用于高容量负极材料的小软包电池中加入Li源,以开始优化容量,循环寿命,阻抗以及电池安全性的影响。
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