职业趋势:未来10大最具潜力的锂电池材料

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职业趋势:未来10大最具潜力的锂电池材料

职业趋势:未来10大最具潜力的锂电池材料


中国储能网讯:锂电池的发展正处于一个瓶颈期,能量密度现已挨近其物理极限。我们需求新的资料或许技能去完成锂电池的突破,以下几种电池资料被业内人士一向看好,或将成为打破锂电池障碍的突破口。


1硅碳复合负极资料


数码终端产品的大屏幕化、功能多样化后,对电池的续航提出了新的要求。当时锂电资料克容量较低,不能满意终端对电池日益增长的需求。


硅碳复合资料作为未来负极资料的一种,其理论克容量约为4200mAh/g以上,比石墨类负极的372mAh/g高出了10倍有余,其产业化后,将大大进步电池的容量。


现在硅碳复合资料存在的首要问题有:


充放电进程中,体积胀大可达300%,这会导致硅资料颗粒粉化,构成资料容量损失。一起吸液能力差。


循环寿命差。现在正在通过硅粉纳米化,硅碳包覆、掺杂等手段处理以上问题,且部分企业现已取得了一定进展。


相关研制企业:


现在各大资料厂商纷纷在研制硅碳复合资料,如BTR、斯诺、星城石墨、湖州创亚、上海杉杉、华为、三星等。国内负极资料企业研制硅基资料的情况是:大部分资料商都还处于研制阶段,现在只要上海杉杉已进入中试量产阶段。


2钛酸锂


近年来,国内对钛酸锂的研制热情较高。


钛酸锂的优势首要有:


循环寿命长(可达10000次以上),属于零应变资料(体积变化小于1%),不生成传统意义的SEI膜;


安全性高。其插锂电位高,不生成枝晶,且在充放电时,热稳定性极高;


可快速充电。


现在约束钛酸锂运用的首要因素是价格太高,高于传统石墨,别的钛酸锂的克容量很低,为170mAh/g左右。只要通过改进生产工艺,降低制作成本后,钛酸锂的长循环寿命、快充等优势才干发挥作用。结合商场及技能,钛酸锂比较适合用于对空间没有要求的大巴和储能范畴。


相关研制企业:


珠海银隆、四川兴能、湖州微宏动力有限公司、深圳贝特瑞新能源资料股份有限公司、湖南杉杉新资料有限公司以及安徽和深圳周边的多家规划较小的钛酸锂生产厂家。


3石墨烯


石墨烯自2010年取得诺奖以来,广受全球关注,特别在中国。国内掀起了一股石墨烯研制热潮,其具诸多优秀功能,如透光性好,导电功能优异、导热性较高,机械强度高。


石墨烯在锂离子电池中的潜在运用有:


作负极资料。石墨烯的克容量较高,可逆容量约700mAh/g,高于石墨类负极的容量。别的,石墨烯杰出的导热功能保证其在电池系统中的稳定性,且石墨烯片层间距大于石墨,使锂离子在石墨烯片层间分散晓畅,有利于进步电池功率功能。因为石墨烯的生产工艺不老练,结构欠稳定,导致石墨烯作为负极资料仍存在一定问题,如初次放电功率较低,约65%;循环功能较差;价格较高,明显高于传统石墨负极。


作为正负极添加剂,可进步锂电池的稳定性、延长循环寿命、添加内部导电功能。


鉴于石墨烯当时的批量生产工艺不老练、价格昂扬、功能不稳定,石墨烯将率先作为正负极添加剂在锂离子电池中运用。


相关研制企业:


珈伟股份,东旭光电,青岛昊鑫新能源,厦门凯纳等


4碳纳米管


碳纳米管是一种石墨化结构的碳资料,本身具有优秀的导电功能,一起因为其脱嵌锂时深度小、行程短,作为负极资料在大倍率充放电时极化作用较小,可进步电池的大倍率充放电功能。


缺点:


碳纳米管直接作为锂电池负极资料时,会存在不可逆容量高、电压滞后及放电平台不明显等问题。如Ng等选用简略的过滤制备了单壁碳纳米管,将其直接作为负极资料,其初次放电容量为1700mAh/g,可逆容量仅为400mAh/g。


碳纳米管在负极中的另一个运用是与其他负极资料(石墨类、钛酸锂、锡基、硅基等)复合,利用其共同的中空结构、高导电性及大比表面积等优点作为载体改进其他负极资料的电功能。


相关研制企业:


天奈科技、纳米港等


5富锂锰基正极资料


高容量是锂电池的发展方向之一,但当时的正极资猜中磷酸铁锂的能量密度为580Wh/kg,镍钴锰酸锂的能量密度为750Wh/kg,都偏低。富锂锰基的理论能量密度可到达900Wh/kg,成为研制热门。


富锂锰基作为正极资料的优势有:


能量密度高、首要原资料丰厚


因为开发时间较短,现在富锂锰基存在一系列问题:


初次放电功率很低、资料在循环进程析氧,带来安全隐患、循环寿命很差、倍率功能偏低。


现在处理这些问题的手段有包覆、酸处理、掺杂、预循环、热处理等。富锂锰基虽然克容量优势明显,潜力巨大,但限于技能进展较慢,其大批量上市还需时间。


相关研制企业:


中国科学院宁波资料所等


6动力型镍钴锰酸锂资料


一向以来,动力电池的道路存在很大争议,因而磷酸铁锂、锰酸锂、三元资料等道路都有被选用。国内动力电池道路以磷酸铁锂为主,但随着特斯拉火爆全球,其运用的三元资料道路引起了一股热潮。


磷酸铁锂虽然安全性高,但其能量密度偏低软肋无法克服,而新能源汽车要求更长的续航里程,因而长期来看,克容量更高的资料将取代磷酸铁锂成为下一代干流技能道路。


镍钴锰酸锂三元资料最有可能成为国内下一代动力电池干流资料。国内陆续推出三元道路的电动车,如北汽E150EV、江淮IEV4、奇瑞EQ、蔚蓝等,单位重量密度较磷酸铁锂电池有很大进步。


相关研制企业:


湖南杉杉、当升科技、厦门钨业、科恒股份等


7涂覆隔阂


隔阂对锂电池的安全性至关重要,这要求隔阂具有杰出的电化学和热稳定性,以及反复充放电进程中对电解液保持高度浸润性。


涂覆隔阂是指在基膜上涂布PVDF等胶黏剂或陶瓷氧化铝。涂覆隔阂的作用是:


1、进步隔阂耐热收缩性,避免隔阂收缩构成大面积短路;


2、涂覆资料热传导率低,避免电池中的某些热失控点扩大构成整体热失控。


相关研制企业:


星源材质、上海恩捷、中材科技、义腾隔阂、天津东皋、璞泰来等


8陶瓷氧化铝


在涂覆隔阂中,陶瓷涂覆隔阂首要针对动力电池系统,因而其商场生长空间较涂胶隔阂更大,其核心资料陶瓷氧化铝的商场需求将随着三元动力电池的鼓起而大幅进步。


用于涂覆隔阂的陶瓷氧化铝的纯度、粒径、形貌都有很高要求,日本、韩国的产品较老练,但价格比国产的贵一倍以上。国内现在也有多家企业在研制陶瓷氧化铝,期望减少进口依靠。


相关研制企业:


国瓷资料等


9高电压电解液


进步电池能量密度乃锂电池的趋势之一,现在进步能量密度办法首要有两种:


一种是进步传统正极资料的充电截止电压,如将钴酸锂的充电电压进步至4.35V、4.4V。但靠进步充电截止电压的办法是有限的,进一步进步电压会导致钴酸锂结构崩塌,性质不稳定;


另一种则是开发充放电平台更高的新式正极资料,如富锂锰基、镍钴酸锂等。


正极资料的电压进步后,需求与之配套的高电压电解液,添加剂对电解液的高电压功能起到关键性作用,其成为近年来的研制重点。


相关研制企业:


新宙邦、天赐资料等


10水性粘结剂


现在正极资料首要运用PVDF做粘结剂,用有机溶剂进行溶解。负极的粘结剂系统中有SBR、CMC、含氟烯烃聚合物等,也会用到有机溶剂。在电极片制作进程中,需求将有机溶剂烘干挥发,这既污染环境,又危害员工健康。枯燥蒸发的溶剂需用特殊的冷冻设备搜集并加以处理,且含氟聚合物及其溶剂价格昂贵,添加了锂电池的生产成本。


别的,SBR/CMC粘结剂在加工进程中易粘辊,且难以用于正极片制备,运用范围受到约束。


出于环保、降低成本、添加极片功能等需求考量,水性粘结剂的开发势在必行。


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