本成果是一种锂硼合金负极的宏量可控制备技术,通过研究锂硼合金的合成反应机制以及三维自支撑硼化锂骨架抑制锂枝晶生长和体积变化的作用机理而研制出的锂硼合金负极材料。 一方面,通过改变向锂硼合金中掺入合金元素的种类和百分比含量,在不改变锂硼合金中 LiB 骨架的结构和组成的同时,合金相均匀分布在 LiB 骨架上,提高了 LiB 骨架的结构稳定性,从而减小了锂硼合金的体积变化。另一方面,当合金元素与锂形成第二锂合金相时, 提高了锂硼合金的亲锂性,起到了诱导锂均匀生长和抑制枝晶生长的作用,显著提升锂硼合金的电化学性能。
本成果制备的锂金属电池具有高达 600 Wh/Kg 的能量密度,达到世界先进水平,实现了高性能锂硼合金负极在热电池、锂硫电池和锂固态电池中的高效应用; 产品现已成功应用于无人机电源,并获得国家级重点项目支持。
应用前景:
研发的高比容锂硼合金系列负极材料,具有可规模化生产、制造工艺流程简单、成本较低等优点,其循环寿命和倍率性能(相比纯锂负极)大幅提升,所研制电池产品的电化学性能达到国际先进水平,可广泛应用于热电池、高比能锂硫电池和锂固态电池,可助推我国高比能锂金属电池产业的发展。
目前锂硫电池和锂固态电池的发展迅速,预计 2025 年实现大规模应用。据SNE Research 预测, 2025 年全球固态锂电池的出货量达到 44.2GWh, 市场规模达 530 亿元。按照 1Wh 需要 0.2 元的锂负极来计算,锂负极的市场空间为 88 亿元。本成果锂硼合金负极具有循环性能好、安全性能好的优势,可占据高端锂负极的市场。 2025 年,按照 2%市场占有率来计算,可实现 1.7 亿的销售收入,利润可达 3000 万元以上。
成熟度:中试