PDF《项目公示信息表》

1 项目公示信息表

一、项目基本情况 奖种国家技术发明奖 项目名称 金属锂原电池的电化学性能调控与先进制造技术 主要完成人 刘金成、袁中直、吕正中、曾文强、邓祥、祝媛 提名单位 中国轻工业联合会 提名单位意 见 该项目围绕金属锂原电池的电化学性能调控与先进制造技术, 在 连续化薄膜电极制造技术、自动化电池生产技术、安全性电池保护技 术等方面获得了一系列具有自主知识产权的创新成果, 形成了核心专 利技术群和国家军用技术标准.

该项目所发明的连续化多孔正极极片制造技术、 电池设计和制造 中的安全保证技术、全套自动化生产装备线,实现了锂亚硫酰氯和锂 二氧化锰电池清洁高效的大规模生产, 解决了国产锂原电池长期存在 的产品性能一致性不足问题, 大幅提升了国产金属锂原电池的电化学 性能和安全可靠性;

所提出的系列电池安全性技术有效防止了应用过 程中的不安全行为, 显著提高了锂亚硫酰氯和锂二氧化锰电池的安全 性能;

所提出的电池电容器体系,解决了单一金属锂原电池在功率输 出和电压响应方面的不足, 有效实现了长期储存稳定性与瞬间大功率 输出的完美结合. 上述主要技术发明具有明显的技术原创性, 所生产的锂原电池产 品在综合性能上达到国际领先水平. 整体技术成果在惠州亿纬锂能股 份有限公司的成功应用使之成为目前国内第

一、 全球前列的金属锂原 电池生产企业, 有效提升了我国锂原电池产业的整体技术水平和市场 美誉度,同时也为物联网、智能电网、智能交通、国防军工等新兴技 术领域的发展提供了技术支持,取得了良好的社会经济效益. 根据《国家科学技术奖励条例》和实施细则的有关要求,该项目 符合国家技术发明奖的提名条件. 提名该项目为国家技术发明奖 二 等奖.

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二、项目简介 金属锂原电池是以金属锂为负极的一次性高比能电池,是物联网、智能电网、 智能仪器仪表、国防军工等领域的基础元器件,具有-55~+85℃宽的使用温度范围、 600Wh/kg 以上的高比能量、10 年以上长寿命等优点的金属锂原电池就成为 卡脖 子 关键器件,在2005 年之前几乎全部依赖进口.落后的主要原因在于我国同类电 池存在高比例的失效率和漏液率、高活性的金属锂电池所带来的安全性不足.针对 这些问题,项目组解决了从电化学原理向规模化制造跨越的关键技术和制造装备问 题,取得了以

72 项授权发明专利和

2 项国家军用标准为代表的原创性成果,主要归 纳为电化学性能调控技术、安全性解决方案、锂离子电池电容功率匹配技术、智能 制造工艺和设备等

4 个发明点. 导致电池放电失效的原因是电池制造装配中挤压多孔正极造成的孔率不均匀, 本发明的针式集流体技术解决了电池装配结构造成的孔率变化、以多孔碳颗粒为基 础的多孔正极连续制造技术根本性解决了海绵状多孔正极制造过程中的不均匀性, 从而实现了电化学放电均匀性的调控, 显著提高了放电均匀一致性和电池使用寿命. 高活性物质构成的高比能锂原电池,在制造和使用上均存在安全性问题.本项 目通过解决高活性金属锂负极的安全制备关键技术并实现连续制造、解决亚硫酰氯 电解液强挥发强腐蚀性下的全密闭连续化制备、 通过电池密封组装和激光焊接技术, 进一步地解决了精密控制技术,实现了安全的智能化流水线制造,使电池漏液率降 为0;

通过内部保险丝与外部电路管理相结合、多级缓冲泄压装置等方法保证了电 池安全可靠性.同时为了解决锂原电池功率特性不足的问题,发明了一种兼具电池 和电容性能的混合锂离子电池电容器 SPC,与锂原电池匹配实现了高能量与大功率 的完美结合,有效地支持了锂原电池的容量和功率输出. 上述创新性成果在惠州亿纬锂能股份公司得到推广应用,销售超过

10 亿只,使 其锂原电池产品市场占有率达到国内第

一、世界前列,显著提升了我国锂原电池产 业的技术进步和国际竞争力,在我国智能电网、物联网、共享经济的迅猛发展中起 到了重要支撑作用,为国家节约大量外汇.这一系列创新技术虽然是在锂/亚硫酰氯 和锂/二氧化锰等两种典型的金属锂原电池体系中取得的, 但这些发明具有明显的通 用性,不但可广泛适用于金属锂原电池,而且对于金属锂蓄电池的制造以及动力锂 离子电池安全设计也具有重要的参考借鉴作用.

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三、客观评价

2005 年6月22 日, 广东省科技厅对于本项目承担的科技部中小企业创新基金 项目 方型高容量锂/亚硫酰氯电池 进行了验收.以中科院院士、著名电化学家 查全性教授为组长的专家组认为: 项目产品 380mAh 和780mAh 方形高容量锂亚 硫酰氯电池,在电池设计、制造工艺和安全性措施等方面均明显创新,电池主要 技术指标达到国际先进水平,该产品填补了国内空白,国内外市场广阔、应用前 景良好. 项目成果获得

3 个省部级科学技术一等奖和

3 个国家专利优秀奖,这些获奖 技术均为本项目核心组成部分,一起构成了本发明的完整技术解决方案. 本项目制造的金属锂原电池产品,经过工信部(原 信息产业部 )电子第五 研究所(中国赛宝实验室)提取

4 批次各

500 只ER14250 型锂原电池所进行的可 靠性预计(基数大于

10000 只) ,电池失效率达到 GB1772 规定的 六级 失效率 水平,储存寿命达到 17.37 年,工作寿命预计为 MTTF=15.05 年;

随着项目成果的 实施和不断完善,制造的电池工作寿命甚至提升到

22 年.

2009 年,本项目发明专利 一种安全的一次锂电池 获中国专利优秀奖,推 荐人中国工程院杨裕生院士、陈立泉院士的评价为 该专利通过电池内部设计和 外部保护电路的双重保护,解决了长期影响锂亚硫酰氯电池的安全性问题,已经 形成产品,并产生了较大的经济效益.该专利对于其他锂电池,特别是对目前热 门的动力电池的开发也具有重要的借鉴意义.

2012 年,本项目产品 高容量大功率锂亚硫酰氯电池(ER48690M) 通过了广 东省科技厅组织的科技成果鉴定会.以军用电池专家曹高萍研究员为组长的鉴定 专家组认为本项目 创新工作如下:电池设计采用了端面焊接、多点集流的卷绕 式结构,更好地满足了大电流输出时导热和分散负载的要求,有效地减小电池发 热;

自主设计的 V 型结构的具有多重变形功能的安全泄压阀,防止电池在滥用情 况下发生爆炸;

通过自主开发覆膜机和卷绕设备,实现了金属锂负极上的复合集 流,保证了电池放电末期的安全性;

实现了自动化和规模化制造及组装过程全数 字化质量控制和记录,保证了产品的安全可靠性及一致性.

2016 年,本项目产品 一种圆柱电池电容器 获中国专利优秀奖,推荐人中 科院院士孙世刚教授、中国工程院院士陈立泉教授认为 本专利通过对现有电池

4 电容器的密封结构进行改造,突破性解决了长期影响电池电容器使用的环境、寿命、安全性共性关键性技术问题,已经大批量生产和销售,取代了进口高性能电 池电容器,应用于智能交通(ETC 不停车收费系统) 、智能表计(水表、电表、气表) 、GPS 智能追踪(货车、轮船、火车等物流行业 GPS 定位系统) ,E-call、射频 识别系统、紧急设备、电动汽车等,产生了显著的经济效益和社会效益.

5 四.应用情况 本项目在成果完成单位惠州亿纬锂能股份有限公司得到应用,所制造的金属锂 原电池产品(锂/亚硫酰氯电池,锂/二氧化锰电池,以及配套的 SPC 电池电容器) 均与本项目有关,这些产品在国内和国际上的智能电网、智能仪器仪表、智能交通、 汽车电子、智能安防、共享经济和国防装备等领域得到广泛应用和推广,产生了良 好的经济效益和社会效益. 自2000 年机械式电表开始向 IC 卡表和智能电表转化,并且从

2009 年我国开始 建设坚强的智能电网,本项目金属锂原电池开始逐渐取代进口电池进入上海、江苏、 广东等市场,最终在国家电网和南方电网中的表计终端上得到广泛应用,锂原电池 累计在智能表计销售超过

38 亿元,为国家节约外汇超过

100 亿元.国际上排名前列 的智能表计企业以及国内前

10 名智能表计制造企业均采购本项目锂原电池;

在以 ETC(不停车收费系统)为代表的智能交通领域,从无到有逐步取代了进口 电池,作为唯一的国产锂原电池安全可靠地应用了近

10 年;

2018 年又以新的锂原电 池型号应用于交通 自由流 CPC 卡等智能系统;

在智能安防领域,也得到了广泛应用.包括智能烟感报警器、汽车电子安防(如eCall 智能呼救系统)等市场,得到国际市场广泛认可和应用;

在物联网领域的应用,代表了现在和未来巨大的市场空间.目前已经在数据链、 共享单车、货柜、集装箱、贵重资产的定位和追踪系统上得到应用推广,并且已经 开始在 NB-IoT、LoRa、5G 终端的规模化商用试验.这些领域的需求正好符合金属锂 原电池所具有的宽温、长寿命、高可靠性、免维护等特性,这都将成为锂原电池的 应用市场,在5G 等新兴通讯模式应用需求的推动下,金属锂原电池市场规模将进一 步增加. 2014-2018 年来已有 6.43 亿只锂亚电池,4.28 亿只锂锰电池、近1亿只电池电 容器进入应用推广,国内智能仪器仪表、ETC 等细分市场的占有率处于国内第

一、世 界前列,被各细分市场排名前列的应用单位广泛采用.各细分市场的典型应用单位 和应用情况如下表所示. 锂原电池主要应用单位情况表 序号 单位名称 应用的技术 应用对象及规模 应用起止时间

1 北京聚利科技股份有限 公司 ETC OBU 模块 智能交通 2011.12~今62北京握奇智能科技有限 公司 ETC OBU 模块 智能交通 2012.10~今3北京万集科技股份有限 公司 ETC OBU 模块 智能交通 2012.5~~今4江苏林洋能源股份有限 公司 智能电表电池 智能仪器仪表 2003~今5威胜集团有限公司 智能电表电池 智能仪器仪表 2006.6~今6宁波三星电气股份有限 公司 智能电表电池 智能仪器仪表 2006.7~今7杭州华立仪表股份有限 公司 智能电表电池 智能仪器仪表 2006.9~今8杭州海兴电力科技股份 有限公司 智能电表电池 智能仪器仪表 2006.6~今9OFO 共享单车车锁电池 共享单车 2016.5~今10 SAGEMCOM ITALIA S.P.A 智能气表通讯电源 智能表计 2016.8~今11 SECURE METERS LIMITED 智能气表通讯电源 智能表计 2016.10~今12 Honeywell 智能水表通讯电源 智能表计 2015.1~今13 ACTIA Automotive 汽车电子通讯电源 E-Call 紧急救援系统 2017.5~今14 VALEO Comfort &

Driving Assistance 汽车电子通讯电源 E-Call 紧急救援系统 2017.3~今15 BRK Brands, Inc. 智能烟感报警电源 智能安防 2011.5~今 此外,在水下滑翔机、水下自航装备及大型水面飞行平台等领域也得到了重点 应用,天津大学承担的国家重点研发项目水下滑翔机.采用本项目的金属锂原电池 作为动力电池,将水下巡航时间由原来的几天提升到

141 天,航程提升到

3600 多公 里.本项目金属锂原电池作为能源共性技术,在自航装备、搜救定位、长时间监测 跟踪等领域,均具有广泛的应用前景.

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五、主要知识产权和标准规范等目录(不超过

10 件) 知识产权 (标准) 类别 知识产权 (标准) 具体名称 国家 (地区) 授权号 (标准编 号) 授权 (标 准实 施) 日期 证书编 号 (标准 批准发 布部门) 权利人 (标准 起草单 位) 发明人 (标准 起草 人) 发明专利 (标准) 有 效状态 发明专利 锂电池 中国 Z................