锂电池定制16年-动力锂电池系统解决方案商

 

在过去的十年里，中国在锂电池材料的发展方面取得了巨大的进步，但也必须看到，中国的锂电池技术与国际先进技术还有一定的差距。锂电池未来的发展将集中在电池材料的进步和电池材料的升级与不断迭代上。

作为锂电池产业链的核心材料，这些电池材料的国产化和技术的不断进步，对中国锂电池技术走在世界前列具有重要意义。

 

中国锂电池材料和技术发展迅速

锂是化学元素周期表中原子量最小的金属元素，也是密度最小、电化学当量最小、电极电位最低的金属。锂电池已成为当今的主流，具有以下优势：

● 高比能量。就质量比能和体积比能而言，锂电池比铅酸电池高出三倍多。

● 循环寿命长。通常，铅酸电池的循环次数约为400至600次，低于锂电池。

● 充电功率范围广。可在1~3C快速充电，充电效率在85%以上，随着电控技术的不断进步，充电效率将进一步提高；

● 高速放电性能。锂电池的放电速率高于铅酸电池。普通锂电池可以实现2-3C放电，也有具有高倍率放电能力的锂电池。

 

 

中国还对锂电池的发展做出了全面的科技规划，并出台了一系列政策，为锂电池的开发奠定了良好的基础。总体而言，全球锂电池的技术来源主要是日本、中国和韩国，其中日本在锂电池材料的研究专利方面具有优势。

围绕锂电池材料，需要在一段时间内加大对高能量密度、低成本、更安全、轻量化电池材料的投入，开展研发和研究。使中国尽快突破锂电池全产业链的关键电池材料制造技术，形成规模化生产，不断有新的电池材料迭代和技术迭代。

 

几种锂电池材料的发展

高镍正极材料

在电池材料中，三元正极材料分为镍钴铝酸锂（NCA）和镍钴锰酸锂（NCM）。随着镍含量的增加，三元正极材料的电池容量增加，而循环性能恶化。高镍正极材料的优点是它具有高比容量，是动力电池的绝佳选择。尽管高镍具有高比容量的优点，但由于结构和表面的变化，它经常导致较差的循环性能。相应地，高镍正极材料的主要问题包括：

● 难以合成化学计量比的材料；

● 总碱含量高，易与空气中的二氧化碳和水分发生反应；

● 热稳定性和安全性差。

因此，有必要对高镍三元正极材料的改性技术进行研究，以提高其性能。高镍三元正极材料的生产工艺包括以下步骤：锂化混合、灌封、煅烧、破碎、分级、除杂、包装等。与普通三元材料的区别主要在于原料要求高，工艺更复杂，制备难度大，因此其成本相对较高。

 

 

尽管近两年有了发展，但高镍三元正极材料的整体市场份额并不大，高镍产能正在释放，市场正在逐步推进高镍三进制材料的应用，其技术也在不断提升。

 

固体电解质

在锂电池材料中，固体电解质代替液体电解质被认为是解决锂离子电池作为动力的安全问题的重要手段。锂离子电池通常使用易燃的有机电解质。当用作电力电池时，过度充电或意外碰撞可能会导致电解液起火并引发安全事故。液体电解质的优点是它可以最大化电极和电解质之间的接触面积，以降低电化学阻抗。

然而，液体电解质具有热力学稳定性低、Li+导电性差、浓度极化、工作温度范围窄、易着火、易泄漏等缺点。相比之下，固体电解质在电池材料中的优点包括良好的安全性、良好的机械加工性、简化的电池结构、宽的工作温度范围、良好的化学和电化学稳定性以及长的循环寿命。然而，固体电解质也面临着需要解决的问题：大多数Li+导电效率很低；它们不能与金属锂稳定地存在。

由于电解质和电极之间的接触面积有限，电化学阻抗较大。固体电解质在电化学和化学稳定性方面与阴极和阳极电池材料不兼容。目前，围绕固体电解质的研究正在进行中，固体电解质的材料将不断改进并取得更多突破。

 

硅负极材料

商用锂离子电池负极材料主要是石墨，但这类电池材料的比容量很低，高速率充放电性能较差。单晶硅阳极材料的理论比容量为4200mA·h/g，是天然石墨的十倍以上；工作电压低至0.3V。为了实现更高的锂离子电池比容量以满足动力电池的需求，人们对硅阳极电池材料进行了大量研究。硅基是目前重要的研究热点，被认为是最有潜力的阳极材料之一。

 

 

然而，硅基阳极在电池材料中具有大容量和大体积变化。目前，添加剂等手段主要用于提高阳极材料的克容量、循环稳定性和液体吸收能力。目前，在充放电循环过程中，硅阳极材料会因锂的嵌入和脱锂而引起巨大的体积变化，从而导致活性材料的粉碎和剥离，从而降低电极的循环性能。

通过开发硅碳复合阳极材料，可以有效地避免在充电和放电过程中由于体积膨胀过大而使硅粉化。此外，碳作为涂层电池材料可以有效地稳定电极材料和电解质之间的界面。因此，硅碳复合材料有望取代石墨成为下一代高能量密度锂离子电池的阳极。

 

锂电池粘合剂

在锂电池材料中，锂电池专用粘结剂的作用是粘结和保持电极活性材料，增强电极活性材料与导电剂、活性材料与集电器之间的电子接触，更好地稳定极片的结构。由于锂电池的阴极和阳极的体积在充电和放电过程中会膨胀或收缩，因此要求粘合剂起到一定的缓冲作用。

 

 

含有活性材料的涂膜不会从集电体上脱落或产生裂纹。虽然粘结剂用量较少，但其粘结剂性能对锂离子电池的正常生产和最终性能有很大影响，是电池行业中非常重要的辅助电池材料。

锂电池专用粘结剂在电池材料中主要分为两类：一类是油溶性粘结剂，使用有机溶剂作为分散剂；另一种是水性粘合剂，使用水作为分散剂。粘合剂的性能直接影响电池的性能，因此合适的锂电池粘合剂需要低电阻和在电解质中的稳定性能。粘合剂在提高电池的循环性能、快速充电和放电能力以及降低电池内阻方面发挥着重要作用。

 

锂电池材料未来发展的四大趋势

锂电池的技术进步主要来自于关键电池材料的创新和应用研究，主要研发方向仍集中在锂离子电池材料上。这将为电池的安全性能带来新的突破。锂电池材料的发展趋势主要体现在以下四个方面：

 

 

● 一种是正极材料，它主要是基于高镍三元材料开发的，通过高镍三三元材料可以在降低成本和增加稳定性的同时提高能量密度。

● 二是负极材料。以硅碳复合材料为代表的新型大容量阳极材料是未来的发展趋势。

● 三是电解质，主要针对传统电解质高温稳定性差的问题，研究新型电解质，逐步向聚合物电解质发展，最终向全固体电解质发展。在电池材料方面，固体电解质材料的研究、开发和应用对提高锂电池的性能、降低生产成本、提高稳定性和安全性具有重要意义。

● 四是新一代水性粘结剂。更多的研究将朝着不同的水性共聚物粘合剂的方向发展，朝着新一代耐高温和耐低温的多组分共聚物粘合剂方向发展，并朝着更优异的抗老化性能方向发展。未来，水性粘结剂的研究将成为锂电池材料中制备锂离子电池电极的重要方向之一。