傳統動力鋰離子電池正極材料主要有磷酸鐵鋰和三元材料兩類。 三元材料 呈現天然的層狀結構，透過鋰離子在其層間的嵌入和脫出實現能量的儲存和釋放。隨著客戶市場對續航里程需求的進一步提升，如何提高 鋰離子電池 的能量密度成為行業關注的熱點。高電壓技術指透過提升三元正極充電上限電壓來提升材料的脫嵌鋰能力實現電池能量密度的大幅提升。同時，由於三元材料在高電壓下依然保持了高的氧結合能力，該技術在提高能量密度同時可以有效兼顧安全效能。

但高電壓技術在產品端的真正應用面臨兩大核心技術問題：

由於要耐受更高的電壓，三元材料自身體相結構和介面保護需要做到精細化設計以對抗高電壓下的結構劣化和介面副反應；

低溫和低SOC條件下的動力輸出能力較差，影響整車的客戶體驗。

圖1 鋰離子電池工作原理示意圖

針對上述兩大核心問題， 中航鋰電 研發團隊深入機理分析，透過精準根因定位，聯合專案攻關，實現了一系列核心技術突破：

1 體相原子層級均勻摻雜技術

體相原子層級均勻摻雜技術構築內部高速、穩定Li+擴散通道：對於高電壓三元正極，Li離子在體相的嵌入-脫出需要克服一定的能量勢壘實現更長的傳輸距離，低溫或者低SOC下，該勢壘增加顯著。同時，在後續反覆的充放電使用過程中，正極體相由於結構不穩定區域性相變會進一步加劇Li+傳輸阻力。針對該問題，透過層間原子層級的元素摻雜，一方面拓寬Li+傳輸通道，有效提升Li+擴散速率，另一方面，增強氧鍵合能力，提高結構強度，顯著抑制過程中結構相變的發生，進而在對於高電壓三元正極內部實現了高速、穩定Li+擴散通道的構築。

2 介面靶向多元素協同包覆技術

介面靶向多元素協同包覆技術，實現高導鋰、“低”氧化活性雙重功效：高電壓條件下，正極介面長期處於高氧化狀態，催化氧化 電解液 溶劑分解進而引發電解質分解、HF酸產生、新鮮介面暴露、加劇分解等一系列鏈式反應，加劇效能的劣化。特別是高溫條件下，正極介面與電解液的互動反應更加劇烈。如何在實現“低”氧化活性同時保證介面高導鋰特性是解決問題的核心也是行業難點。透過不斷的技術攻關，在介面均質形成快離子導體同時針對高電子反應活性的位點進行誘導靶向包覆鈍化元素實現了“低”氧化活性和高導鋰兩大功能的完美兼顧。該技術的開發在顯著提升高電壓化學體系高溫壽命的同時實現了動力輸出能力的大幅提升。

3 高效鈍化電解液新增劑設計技術

高效鈍化電解液新增劑設計技術，原位構建正極介面奈米防護層，協同介面包覆技術，使得介面氧化活性由“低”降“零”，徹底突破了高電壓化學體系高溫壽命的行業瓶頸：如上所述，高電壓和高溫條件下，正極介面和電解液的鏈式反應是高電壓化學體系高溫壽命失效的原因。透過高效鈍化正極成膜新增劑的設計，在正極材料介面原位可控催化形成奈米CEI膜，不影響動力輸出同時徹底解決高電壓正極介面活性問題。

透過精準定位，中航鋰電從根本上解決了高電壓三元化學體系的行業難題，完美的實現了高能量、高安全、強動力和長壽命的兼顧，併成功的將上述核心技術推向產品。

圖2 高電壓NCM材料

2018年底，中航鋰電第一代高電壓產品一經推出市場，便得到廣大客戶認可，成功搭載長安、吉利、小康、廣汽等主力車型。2019年底，隨著第二代高電壓產品推出，中航鋰電三元產品力進一步提升，在各主力客戶的滲透率大幅增加。2020年，中航鋰電5系高電壓產品能量密度達260Wh/kg，並實現高安全不起火、長壽命不衰減、全氣候適應性，且兼具成本優勢。同時，為了進一步提升高電壓產品的能量密度，中航鋰電目前已經完成了下一代6系高電壓技術的開發，在安全效能進一步提升的前提下，產品能量密度達到280Wh/kg。相關產品已在客戶端有序推廣，市場競爭力顯著，為行業提供了一條高能量技術及產品路線選擇。中航鋰電將繼續秉承“持續創新，造福人類”的使命，在技術創新、產品創新道路上不斷前行！