铝-石墨电池器件化关键技术开发

所属学院：能源与环境工程学院

合作方式：☒整体转让 ☒技术许可 ☐作价入股 ☐合作开发 ☐其它_____

成果简介：

铝电池作为一种新型化学储能电池，具有价格低廉、安全性好、循环寿命长、可使用温度范围广等突出优点，可以成为铅酸电池或锂离子电池的替代品或补充品。根据自身电池特性，在动力电池、大型储能装置等领域具有广泛的应用前景。基于低成本、宽电化学窗口、宽温适用性电解质体系的设计与开发，本团队研制了以石墨为正极、铝为负极、AlCl3基有机盐为电解质的新型铝-石墨电池，电压为2.0 V，能量密度为50 Wh kg-1。已完成铝-石墨电池器件化相关技术的开发工作，并实现了Ah级单体电芯的安全性和循环稳定性验证。

成熟程度及推广应用情况：

目前处于何种研发阶段：☐研发☒小试☒中试☐小批量生产☐产业化；样机：☒有☐无

推广应用情况：相关研究成果已在企业进行小规模推广示范，并获得了良好反馈结果。

技术优势：

本研究团队是国际上最早研究铝-石墨电池相关研究的科研团队，申请了10余项相关专利，并积累了丰富的专业知识和研究经验。该铝-石墨电池具有如下优势：（1）原材料廉价易得，产品安全可靠；（2）循环性能更好，寿命更长（5000次），解决了铅酸电池用于储能电站时寿命短的问题，减少维修和维护成本，降低系统总体投资；（3）能量密度是铅酸蓄电池的2倍以上，可解决铅酸蓄电池能量密度低的问题。

性能指标：

铝-石墨电池电压为2.0 V，能量密度为50 Wh kg-1；循环寿命可达10000次；具有宽温性能，可在-30~100℃下工作。

市场分析：

针对太阳能、风能等使用时间不连续、使用产地限制等因素造成的难以大规模普及应用，开发和使用能够以较高速率充放电、具有能量密度高、使用安全、绿色环保的化学能源电池，可以大幅度减少甚至消除绿色能源的损失。相对于铅酸电池，铝-石墨电池具有更优的循环寿命和能量密度；相对于锂离子电池，铝-石墨电池内部电极材料、电解质材料等皆有不易燃性，有很高的安全系数，使得铝离子电池成为铅酸电池和锂离子电池的最优替代品。同时其寿命长、容量大、高温性能优良等特点使其在储能等领域拥有无限的潜力。

潜在的客户也将来自于风、光、电储能企业等领域，主要分布于我国西北和东部地区。

经济效益分析：

目前潜在的进入市场的产品为铝-碳电池，最终主要应用于风、光、电储能及电动工具上。全球市场规模在1000~1500亿元，国内市场约300~500亿元。若能建成100 MAh的铝-石墨电池项目，年利税可达1亿元；并直接带动1000人以上的就业，间接带动数十万人的就业。

成果亮点：

1.具有自主知识产权，研究成果已申请发明专利17项，授权8项。

2.成果来源：国家自然基金杰出青年基金项目、国家自然基金面上项目、国家自然基金青年基金项目等。

3.技术先进性：国际先进,开发了系列低成本、宽电化学窗口、宽温适用性的电解质体系，极大拓展了电池的应用场景。同时，开发的新型轻质、耐腐蚀集流体极大提升了电池的循环稳定性和能量密度。

团队简介：

焦树强，教授，长期从事电化学冶金方向的研究，在金属钛清洁提取提纯新工艺、铝离子二次电池、CO2减排及利用、熔盐电解体系惰性阳极、太空冶金与制氧技术等领域取得了丰富的研究成果。国家杰出青年科学基金获得者，国家“万人计划”科技创新领军人才，国家优秀青年科学基金获得者，科技部中青年创新领军人才计划，教育部新世纪优秀人才支持计划。兼任中国稀土学会火法冶金专业分会副主任，中国有色金属学会冶金物理化学分会副主任委员，中国金属学会熔盐化学与技术分会秘书长，中国轻量化材料成形工艺与装备产业技术创新联盟理事等职务。获第十五届中国青年科技奖，中国金属学会“冶金先进青年科技工作者”，高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）技术发明二等奖，省部级鉴定成果3项。发表SCI检索论文300余篇，授权专利美国专利2件、英国专利1件、中国发明专利30余件，出版学术专著2部。

涂继国，助理研究员，硕士生导师。多年来一直从事新能源电池材料、电化学等领域的研究，在炭质材料电化学转换、铝离子电池和稀散金属提取等基础研究与应用开发方面积累了较为丰富的知识和研究经验。特别是在铝-石墨电池方面，主要负责铝-石墨电池关键技术、工艺、材料的研发和产品定型。以第一/通讯作者身份在Chem. Rev., J. Mater. Chem. A, Nanoscale, J. Power Sources等国际权威期刊发表SCI论文30余篇。

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