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来源：锂电前沿收集编辑：堃博士
2021年4月1日，孚能科技（赣州）股份有限公司发布公告指出公司研发出可达到330Wh/kg高能量密度电池。本文根据自己的电池设计经验和公开资料对330Wh/kg高能量密度电池技术进行解析。
孚能科技总部在美国能源部的资助下，从2017年开始开展一项电动汽车用的高能量密度电池项目。项目重点在于解决实现高容量、长循环寿命和更安全锂离子电池的关键科学与技术问题，总体的技术目标为：▪ 第4年：第2代电池（330Wh/Kg）（原定目标400Wh/Kg，降低至330）为了实现以上目标，首先需要选择与优化正负极材料，在不同正极材料容量（180-240mAh/g）条件下，负极材料容量与电池能量密度的关系曲线如图1所示。为了实现330Wh/kg的目标，采用稳定高镍阴极，容量为200-240 mAh/g；采用硅复合材料作负极，容量为400-600 mAh/g；电解液配方采用氟化溶剂、开发稳定添加剂和锂盐；优化高密度的复合活性材料配方；选择低副反应的导电添加剂、先进的粘合剂配方；采用先进的隔膜：陶瓷涂层、高电压稳定性。图1 在不同正极材料容量（180-240mAh/g）条件下，负极材料容量与电池能量密度的关系曲线高能量密度电池基本设计参数如表1所示，基准电池为230 x 160 x 6mm的软包电池，容量为28.5Ah。第一代电池能量密度达到300Wh/kg，采用基准电池一样的尺寸，容量约40Ah。第二代电池容量87Ah，尺寸为294.4 × 100.4 × 14，能量密度达到330Wh/kg。首先，他们采用单片软包电池对大量的正极、负极材料，导电添加剂，粘结剂和电解液等进行了选择与评价。电池的能量密度目标是> 330 Wh/kg，评价了6种正极材料，主要是高镍材料，如高压NCM，含有富锂锰基的NCM和高镍NCA等，容量目标＞200 mAh/g，正极材料的容量和首效如下图所示。为了实现电池的能量密度目标> 330 Wh/kg，采用硅基负极，比如Si合金，SiO，Si纳米线和Si纳米颗粒，首效需要＞90%。3种负极材料的容量和首效如下图所示。使用相同的高镍正极材料，匹配3种不同的硅基负极，制作500mAh的单片软包电池。不同硅基负极电池的循环寿命如下图所示，0.5C充电/1C放电 CV C/20 (3-4.2V) @ 30℃条件下，S2电池循环800次容量维持率＞80%。采用不同的电解液和负极粘结剂，电池循环曲线如下图所示。电解液E1，并且加入添加剂，负极不采用CMC/SBR粘结剂的电池循环性能最好。根据以上信息推断，孚能科技公告的330Wh/kg的高能量密度电池，正极采用克容量大于200mAh/g的高镍正极材料，比如三元材料Ni90，负极采用硅碳复合材料，克容量＞500mAh/g，首效＞90%，负极不采用CMC/SBR粘结剂，可能是PAA基粘结剂。电解液采用氟化溶剂（FEC）、并添加稳定添加剂。电池容量87Ah，尺寸为294.4 × 100.4 × 14 mm的软包电池。