正极材料
正极材料在锂电池中市场容量最大、附加值较高,大约占锂电池成本30%,毛利率低则15%,高则70%以上。
目前已批量应用于锂电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钴镍锰酸锂以及磷酸铁锂。
镍酸锂电池安全性最差(过充易起火),高温耐受度最低(高温分解),合成难度最高。
钴酸锂最早实现商业化应用,技术发展至今已经很成熟,并已广泛应用在小型低功率的便携式电子产品上,如手机、笔记本电脑和数码电子产品等。
磷酸铁锂作为锂离子电池用正极材料具有良好的电化学性能,充放电平台十分平稳,充放电过程中结构稳定。同时,该材料无毒、无污染、安全性能好、可在高温环境下使用、原材料来源广泛等优点,是目前电池界竞相开发研究的热点。
负极材料
负极材料占锂电成本比例较低,主要有碳负极材料和非碳负极材料。
碳负极材料:被目前商品锂离子电池广泛采用。
优点:安全、循环寿命较长,价格低廉、无毒。
缺点:质量比能量比较低。
非碳负极材料:按组成分为锂过渡金属氮化物、过渡金属氧化物和纳米合金材料。
优点:有很高的体积能量密度。
缺点:循环稳定性差,不可逆容量较大,制备成本较高,尚未产业化。
负极材料未来以提高容量和循环稳定性为目标,将碳材料与各种高容量非碳负极材料复合以开发高容量、非碳复合负极材料。
隔膜材料
市场化的隔膜材料主要是以聚乙烯(polyethylene,pe)、聚丙烯(polypropylene,pp)为主的聚烯烃(polyolefin)类隔膜,其中pe 产品主要由湿法工艺制得,pp 产品主要由干法工艺制得。
pe产品与pp产品的特征比较:
1、pp 相对更耐高温,pe 相对耐低温;
2、pp 密度比pe 小;
3、pp 熔点和闭孔温度比pe高;
4、pp 制品比pe 脆;
5、pe 对环境应力更敏感。
主要的隔膜材料产品有单层pp、单层pe、pp+陶瓷涂覆、pe+陶瓷涂覆、双层pp/pe、双层pp/pp 和三层pp/pe/pp 等,其中前两类产品主要用于3c 小电池领域,后几类产品主要用于动力锂电池领域。
在动力锂电池用隔膜材料产品中,双层pp/pp 隔膜材料主要由中国企业生产,在中国大陆使用,这主要是因为目前阶段还没有中国企业能将pp 与pe 制成双层复合膜的技术和能力。而全球汽车动力锂电池使用的隔膜以三层pp/pe/pp、双层pp/pe以及pp+陶瓷涂覆、pe+陶瓷涂覆等隔膜材料产品为主。与此同时,其他一些新型隔膜材料产品也在不断涌现并开始实现应用,不过,因量少价高,主要还是用在动力锂电池制造领域。这些产品主要有:涂层处理的聚酯膜(pet,polyethylene terephthalate)、纤维素膜、聚酰亚胺膜(pi)、聚酰胺膜(pa),氨纶或芳纶膜等等。这些隔膜的优点是耐高温,且具有低温输出、充电循环寿命长、机械强度适中的特点。总的来看,锂电池隔膜材料产品呈现出明显的多样化发展趋势。
电解液
锂离子电池电解液材料重点在于高安全性、高环境适应性,主要发展将集中在:新型溶剂(工作温度范围拓宽)、离子液体、新型锂盐(提高环境适应性)、添加剂(阻燃、氧化还原穿梭、保护正负极成膜等)等方面,与新型正、负极材料相匹配,提高安全性、功率和容量,最终安全方便地应用于电动车、储能、航天以及更广泛的领域。
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