500Wh/kg下一代电池-来自美国能源部Battery500研发进展（2023年6月）

下一代电池更新于 2023-07-21 07:40:16

Battery500项目目标开发500Wh/kg的下一代电池，项目第一期从2016年到2021年，第二期从2021年到2026年，本人前期也一直在关注其新的进展。

1、前期的分享

最近的一次分享是2021年，2022年的报告由于并没有新进展因此也就没有分享。

前期相关的信息可以查阅公众号

400Wh/kg,100周；350Wh/kg,600周；2021年美国能源部Battery500项目新进展https://mp.weixin.qq.com/s/OMTWAoSE9Y3siw-Thvkg1w

美国能源部电池项目研究进展（2） -Battery500项目进展https://mp.weixin.qq.com/s/Rsl0u42TzItORxqzhcClNA

前期美国能源部相关报告的下载地址

2022：https://www.energy.gov/sites/default/files/2022-12/02_-_Battery_R_D.pdf

2021：https://www1.eere.energy.gov/vehiclesandfuels/downloads/VTO_2021_APR_BATTERIES_v8_compliant.pdf

2020：https://www1.eere.energy.gov/vehiclesandfuels/downloads/VTO_2020_APR_Batteries_compliant_.pdf

2019：https://www.energy.gov/eere/vehicles/downloads/2019-annual-progress-report-batteries

2018：https://www.energy.gov/eere/vehicles/articles/batteries-fy2018-annual-progress-report-0

2017：https://www.energy.gov/eere/vehicles/articles/batteries-fy2017-annual-progress-report

2016：https://www.energy.gov/eere/vehicles/articles/advanced-batteries-2016-annual-progress-report

Battery500项目计划开发500Wh/kg、循环寿命满足1000周寿命的电池，其主要关注两种化学体系：高镍/锂负极电池、锂硫电池。2021年Li/NMC622软包电池能量密度达到350Wh/kg，600周能量保持率76%；811/Li的400Wh/kg电池2021年循环100周容量保持率92%、能量保持率90%。而锂硫电池的工作个人更觉得目前只是科学研究阶段，谈电池结果还有些早。此外，休斯顿大学的Yao Yan教授也分享了基于OIM（Organic Insertion Material，有机嵌锂化合物）体系实现500Wh/kg电池的设计思路，但是可惜的是2022年和2023年并未见着姚教授的报告。

2、今年新进展

500Wh/kg电池正极采用220mAh/g，面容量需要做到5mAh/cm2（如果假设正极活性物质占比95%，对应正极面密度约为24mg/cm2），而负极则采用远小于20μm金属锂负极（现在很多都想用无锂负极，能省一点重量就省一点重量），此外包括电解液/电解质、集流体、电极结构、电极界面等技术需要解决。

从项目的组织来看，500Wh/kg电池的实施分为三个部分：1）材料和界面：主要是正极和电解液的开发，获得更高的电极材料克容量；2）电极：主要目的是提高活性物质材料的利用率和提升电极的稳定性；3）电池设计。而这其中面临的最大的挑战是金属锂负极的应用。

本次的报告中其公开了两个体系电池的结果：

1）400Wh/kg：400Wh/kg电池是采用三元体系，软包电池标称容量2.5Ah，电压区间2.7V-4.4V，电池循环280周能量保持率80%，容量保持率为80%对应循环284周。可惜的是电池出现了循环跳水现象。

2）450Wh/kg：电池也是采用三元体系，但是电池的充电上限电压提升了0.1V，电池的电压测试区间为2.7-4.5V，对应此区间条件下，正极材料的克容量大约220mAh/g，如果按照4.3V区间来看，材料的克容量对应约210mAh/g，按照这样来看，三元材料的镍含量大约在0.85-0.90范围，3.1Ah的软包电池初始能量密度可以达到460Wh/kg，目前电池循环了50+周，电池的容量保持率和能量保持率都接近100%。