正極材料
正極材料在鋰電池中市場(chǎng)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(yīng)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(guò)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(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用,技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)很成熟,并已廣泛應(yīng)用在小型低功率的便攜式電子產(chǎn)品上,如手機(jī)、筆記本電腦和數(shù)碼電子產(chǎn)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(xué)性能,充放電平臺(tái)十分平穩(wěn),充放電過(guò)程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。同時(shí),該材料無(wú)毒、無(wú)污染、安全性能好、可在高溫環(huán)境下使用、原材料來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn),是目前電池界競(jìng)相開(kāi)發(fā)研究的熱點(diǎn)。
負(fù)極材料
負(fù)極材料占鋰電成本比例較低,主要有碳負(fù)極材料和非碳負(fù)極材料。
碳負(fù)極材料:被目前商品鋰離子電池廣泛采用。
優(yōu)點(diǎn):安全、循環(huán)壽命較長(zhǎng),價(jià)格低廉、無(wú)毒。
缺點(diǎn):質(zhì)量比能量比較低。
非碳負(fù)極材料:按組成分為鋰過(guò)渡金屬氮化物、過(guò)渡金屬氧化物和納米合金材料。
優(yōu)點(diǎn):有很高的體積能量密度。
缺點(diǎn):循環(huán)穩(wěn)定性差,不可逆容量較大,制備成本較高,尚未產(chǎn)業(yè)化。
負(fù)極材料未來(lái)以提高容量和循環(huán)穩(wěn)定性為目標(biāo),將碳材料與各種高容量非碳負(fù)極材料復(fù)合以開(kāi)發(fā)高容量、非碳復(fù)合負(fù)極材料。
隔膜材料
市場(chǎng)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(lèi)隔膜,其中PE 產(chǎn)品主要由濕法工藝制得,PP 產(chǎn)品主要由干法工藝制得。
PE產(chǎn)品與PP產(chǎn)品的特征比較:
1、PP 相對(duì)更耐高溫,PE 相對(duì)耐低溫;
2、PP 密度比PE ??;
3、PP 熔點(diǎn)和閉孔溫度比PE高;
4、PP 制品比PE 脆;
5、PE 對(duì)環(huán)境應(yīng)力更敏感。
主要的隔膜材料產(chǎn)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(lèi)產(chǎn)品主要用于3C 小電池領(lǐng)域,后幾類(lèi)產(chǎn)品主要用于動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域。
在動(dòng)力鋰電池用隔膜材料產(chǎn)品中,雙層PP/PP 隔膜材料主要由中國(guó)企業(yè)生產(chǎn),在中國(guó)大陸使用,這主要是因?yàn)槟壳半A段還沒(méi)有中國(guó)企業(yè)能將PP 與PE 制成雙層復(fù)合膜的技術(shù)和能力。而全球汽車(chē)動(dòng)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(chǎn)品為主。與此同時(shí),其他一些新型隔膜材料產(chǎn)品也在不斷涌現(xiàn)并開(kāi)始實(shí)現(xiàn)應(yīng)用,不過(guò),因量少價(jià)高,主要還是用在動(dòng)力鋰電池制造領(lǐng)域。這些產(chǎn)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(yōu)點(diǎn)是耐高溫,且具有低溫輸出、充電循環(huán)壽命長(zhǎng)、機(jī)械強(qiáng)度適中的特點(diǎn)??偟膩?lái)看,鋰電池隔膜材料產(chǎn)品呈現(xiàn)出明顯的多樣化發(fā)展趨勢(shì)。
電解液
鋰離子電池電解液材料重點(diǎn)在于高安全性、高環(huán)境適應(yīng)性,主要發(fā)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(huán)境適應(yīng)性)、添加劑(阻燃、氧化還原穿梭、保護(hù)正負(fù)極成膜等)等方面,與新型正、負(fù)極材料相匹配,提高安全性、功率和容量,最終安全方便地應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)、儲(chǔ)能、航天以及更廣泛的領(lǐng)域。
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鋰電池
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