正極材料
正極材料在鋰電池中市場容量最大、附加值較高,大約占鋰電池成本30%,毛利率低則15%,高則70%以上。
目前已批量應用于鋰電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、鈷鎳錳酸鋰以及磷酸鐵鋰。
鎳酸鋰電池安全性最差(過充易起火),高溫耐受度最低(高溫分解),合成難度最高。
鈷酸鋰最早實現商業化應用,技術發展至今已經很成熟,并已廣泛應用在小型低功率的便攜式電子產品上,如手機、筆記本電腦和數碼電子產品等。
磷酸鐵鋰作為鋰離子電池用正極材料具有良好的電化學性能,充放電平臺十分平穩,充放電過程中結構穩定。同時,該材料無毒、無污染、安全性能好、可在高溫環境下使用、原材料來源廣泛等優點,是目前電池界競相開發研究的熱點。
負極材料
負極材料占鋰電成本比例較低,主要有碳負極材料和非碳負極材料。
碳負極材料:被目前商品鋰離子電池廣泛采用。
優點:安全、循環壽命較長,價格低廉、無毒。
缺點:質量比能量比較低。
非碳負極材料:按組成分為鋰過渡金屬氮化物、過渡金屬氧化物和納米合金材料。
優點:有很高的體積能量密度。
缺點:循環穩定性差,不可逆容量較大,制備成本較高,尚未產業化。
負極材料未來以提高容量和循環穩定性為目標,將碳材料與各種高容量非碳負極材料復合以開發高容量、非碳復合負極材料。
隔膜材料
市場化的隔膜材料主要是以聚乙烯(polyethylene,PE)、聚丙烯(polypropylene,PP)為主的聚烯烴(Polyolefin)類隔膜,其中PE 產品主要由濕法工藝制得,PP 產品主要由干法工藝制得。
PE產品與PP產品的特征比較:
1、PP 相對更耐高溫,PE 相對耐低溫;
2、PP 密度比PE 小;
3、PP 熔點和閉孔溫度比PE高;
4、PP 制品比PE 脆;
5、PE 對環境應力更敏感。
主要的隔膜材料產品有單層PP、單層PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、雙層PP/PE、雙層PP/PP 和三層PP/PE/PP 等,其中前兩類產品主要用于3C 小電池領域,后幾類產品主要用于動力鋰電池領域。
在動力鋰電池用隔膜材料產品中,雙層PP/PP 隔膜材料主要由中國企業生產,在中國大陸使用,這主要是因為目前階段還沒有中國企業能將PP 與PE 制成雙層復合膜的技術和能力。而全球汽車動力鋰電池使用的隔膜以三層PP/PE/PP、雙層PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料產品為主。與此同時,其他一些新型隔膜材料產品也在不斷涌現并開始實現應用,不過,因量少價高,主要還是用在動力鋰電池制造領域。這些產品主要有:涂層處理的聚酯膜(PET,Polyethylene Terephthalate)、纖維素膜、聚酰亞胺膜(PI)、聚酰胺膜(PA),氨綸或芳綸膜等等。這些隔膜的優點是耐高溫,且具有低溫輸出、充電循環壽命長、機械強度適中的特點。總的來看,鋰電池隔膜材料產品呈現出明顯的多樣化發展趨勢。
電解液
鋰離子電池電解液材料重點在于高安全性、高環境適應性,主要發展將集中在:新型溶劑(工作溫度范圍拓寬)、離子液體、新型鋰鹽(提高環境適應性)、添加劑(阻燃、氧化還原穿梭、保護正負極成膜等)等方面,與新型正、負極材料相匹配,提高安全性、功率和容量,最終安全方便地應用于電動車、儲能、航天以及更廣泛的領域。
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