编号：

名称： 绿色、安全、高性能水系二次电池的开发

领域：

成果形式：

投资额： 万

案例数： 0家

技术阶段： 研发阶段

合作方式： 技术转让,技术入股

水系锌离子电池因具有构造简单、安全性好，使用的材料具有来源广、成本低、环境友好等特点，引起学界和产业界的高度关注。但其发展也面临着电解质电压窗口窄、低温性能差、能量密度低、以及锌负极的枝晶和腐蚀等瓶颈问题。因此，设计开发具有高能量密度、长循环寿命、宽电压窗口、可低温度工作的锌基水系二次电池，对于其规模应用非常关键。我们团队自2008年开始重点开展了绿色安全高性能水系二次电池的研究开发，并取得系列有显著创新性和应用价值的成果。本项目研究团队自2008年开始，就开展了绿色安全高性能水系二次电池的研究，经过十几年来的不断探索，已在Zn-I₂、Zn-BQ、Fe-I₂等系列水系二次电池研发方面取得系列有显著创新性和较高应用价值的成果，主要体现在以下几个方面：

（1）学术研究成果：我们在国际上最早报道Zn-BQ水系电池研究成果，且也是国际上最早发表可充电Zn-I₂水系二次电池研究论文的两个单位之一。近年来，相关研究成果已在包括 Angew. Chem. Int. Ed.、Advanced Energy Materials、Energy Storage Materials、J. Mater. Chem. A、Nano Research等高水平期刊上发表论文30篇，其中期刊封面论文2篇、ESI高被引和热点论文5篇，引起了国内外同行的关注。

（2）专利技术成果：我们有关绿色安全高性能水系二次电池研究成果已申请发明专利3项，拥有相对完备的自主知识产权。其中：高性能Zn-I₂水系电池构筑技术获国内此类电池第一个发明专利（授权号：ZL201710783983.4）；组装的软包电池全电池能量密度超过90Whkg^-1，突破了水系电池取代铅酸电池作为动力电池推广应用的能量密度瓶颈，处于水系电池国际先进水平。

（3）替代应用研究进展：我们也尝试将这种绿色环保、安全的水系Zn-I₂电池用于替代铅酸电池的应用研究。已开发出规格为12Vx12A电池包20余套，可用于共享单车动力电池。该动力电池包能量密度大于80Whkg^-1，超过工信部2021年GB/T31484新版国标规定的“低速纯电动乘用车的电池能量密度不应低于70wh/kg”要求。该动力电池绿色环保安全，在能量密度、功率密度、使用寿命和倍率性能等方面均大大优于商业化铅酸电池，且成本与铅酸电池相当，在低速电动车（如电动自行车、农用电动两和三轮车等、汽车起动电池）的动力电池方面有望全面替代目前广泛应用的铅酸电池，研发成果获全国首届博士后创新创业大赛金奖。

该电池具有以下优势：

(1) 能量密度高 全电池的能量密度高达80-120 Wh kg^-1 ，显著高于传统的铅酸电池、Ni-Cd、Ni-MH电池，接近商品化磷酸铁锂电池；

(2) 电池寿命长 在5 C倍率下，电池可稳定循环10000次以上，显著优于商品化的铅酸电池（~500次）；

(3）倍率性能好 在0.5～5 C倍率范围内性能优秀，不同倍率下电池比容量高，库仑效率仍保持在100%；

(4）低温性能优越：该电池在-40℃可5C充放电，充放电容量能保持额定容量的 68.7%，可稳定循环次数3000次以上；

(4) 自放电率低 将电池以充满电的状态开路条件下放置30天，电池容量仍保持约95%以上，优于传统铅酸电池20~30%/月和金属氢化物/镍电池10% /天；

(5) 大电流密度放电 在2000mAg-1大电流充放电情况下，电池可稳定循环550次以上，库仑效率仍保持在100%

(6) 可太阳能电池直接充电 可以在自然太阳光下10分钟直接充电可以充满，且放电性能和循环稳定性优越。

(7) 价格低廉 电池的成本低于500-800元/kWh，与铅酸电池相当，显著低于磷酸铁锂电池；

(8) 环境友好 使用中性的水系电解质，绿色环保，安全可靠，在取代传统的铅酸电池、镉/镍电池方面具有较大的优势。

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