鋰離子電池的主要構成材料包括電解液、隔(gé)離材料、正負極材料等。正極材(cái)料占有較大(dà)比例(正負極材料的質量比為3: 1~4:1),因為正極材料的性能直接影響(xiǎng)著鋰離子電池的性能,其(qí)成本也直(zhí)接決定電池成本高低。
鋰(lǐ)離子電池是以2種不同的能夠可逆地插(chā)入(rù)及脫出鋰離(lí)子的嵌鋰化合(hé)物分別作為電池的正極和負極的(de)2次電(diàn)池體係。充(chōng)電(diàn)時,鋰離子從(cóng)正極材料的晶(jīng)格中脫出,經過(guò)電(diàn)解質後插入到負極材料的晶格中,使(shǐ)得負極富鋰,正極貧鋰;放電時鋰(lǐ)離子從負極材料的晶格中脫出,經過電解質後插(chā)入到正極材料的晶格中(zhōng),使得(dé)正極富鋰,負(fù)極貧鋰(lǐ)。這樣正負極材料在插入及脫出鋰離子時相對於金屬鋰的電位的差值,就是電池的工作電(diàn)壓。
鋰離子(zǐ)電池是性能很(hěn)好的(de)新一代綠色高能電池,已(yǐ)成為高(gāo)新(xīn)技術發展的重點之一。鋰離子電(diàn)池具有以下特點:高電壓(yā)、高容量、低消耗、無記憶效(xiào)應、無公害、體積小、內阻小、自放電少、循環次數(shù)多。因其上述特點,鋰離子電池已應用到移動電話、筆記本電(diàn)腦、攝像(xiàng)機、數碼相機等眾多民用及軍(jun1)事領(lǐng)域。
發展現狀(zhuàng)
近年來,鋰電池相關政策陸續出台推動著產業上下遊企業如雨後春筍般(bān)成立。鋰電(diàn)池主要由正極材料、負極材料、隔膜和電解液等構成,正極材料在鋰電池的總成本中占(zhàn)據40%以上的比例,並且正(zhèng)極材料的性能直接影響了鋰電池的各項性能指(zhǐ)標,所以鋰電正極材料在鋰(lǐ)電池中占據核心地位。
目前已經市場化(huà)的鋰電池正(zhèng)極材料(liào)包(bāo)括(kuò)鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元(yuán)材(cái)料等產品。
隨著我國經濟的快速(sù)發展,對(duì)電池新材料需求的不斷增加,再加上手機(jī)、筆記本電腦、數碼(mǎ)相機(jī)、攝像機(jī)、汽車等產品對新型、高(gāo)效、環保電池材料的強勁需求,我國電(diàn)池(chí)新材料市場將不斷(duàn)擴(kuò)大。鋰電池作為電池未來發展方(fāng)向,其(qí)正極材(cái)料市場發展前景看好。同時,3G手機推廣和新能源汽車的大(dà)規模(mó)商業化都將為鋰電池正極材料帶來新機遇。
雖然鋰電(diàn)池正極材料(liào)具有廣闊(kuò)的市場,前景十分樂觀。但鋰電池正極材料還(hái)存在一(yī)定的技術(shù)瓶頸,尤其(qí)是(shì)它的電容量高與安全性能強的優勢還未充分發揮出來(lái)。
實際上,在鋰電池正極材料領域,任何微小的技術革新都(dōu)有可能掀(xiān)起新一輪的市場拓展,我國企業應加(jiā)強對正極材料關鍵技術的(de)研發攻關,取得國際先進(jìn)地位,增強核心(xīn)競爭力,在國際競爭中取得優勢。
優勢
目前鋰電池能量密度低。首(shǒu)先,能量密度低,車重(chóng)了,空間也(yě)小了,需要發現電(diàn)池新材料。其次,電池續航能力差,聲稱續航達到100公裏以上的都是指理想狀態,實際路麵續航都是(shì)60公(gōng)裏左右,如果在北(běi)京這樣的擁堵大城市,60公裏不夠。第三個是安全性較(jiào)差,這個問題(tí)尚存爭議,因為做電(diàn)池的材料都(dōu)不穩定,的確容易爆炸。
鋰電池負極材料把握動力電池安全性命脈,在鋰離子電池負極材料中,除石墨化中間相碳微球(MCMB)、無定形碳、矽或錫類占據(jù)小(xiǎo)部分市場份額外,天然石墨和(hé)人造石墨占據著90%以上的負極材料(liào)市場(chǎng)份額。在2011年的負極材(cái)料市場統計中顯示:負極材料的全球總產量應用達到32000噸,相比同期增長28%,其中天然石墨和人造石墨負極(jí)材料兩者占據了89%的市場份額,而隨著這幾年由於電子產品的增速,特別是手機平板電腦領域裏鋰(lǐ)離子電(diàn)池應用的增加,導(dǎo)致(zhì)相應的電(diàn)池正負極材料這幾年產能迅猛上升(shēng),石墨負極材料從2009年到2011年(nián)連續三年的增速都達到(dào)25%以(yǐ)上。
2013年全球隔膜需求(qiú)量可達5.63億平(píng)方米,為2011年市場容量的1.41倍,產(chǎn)值約17億美元。國內隔離膜市場需求2011年約1.28億平方米。我國鋰電產品已(yǐ)經占到全球約30%的市場份額。國內隔離膜市(shì)場需求與鋰電市(shì)場同(tóng)步增長。
目(mù)前國內隔離膜用量80%依靠進口,對國產隔離膜的需求還有很大的空間(jiān)。國產隔離膜在國內市場的占比將快速上升,2013年國產隔離膜在國(guó)內市場的份額預計將超過30%,2015年將超過40%。
綜合來看,鋰離子電(diàn)池正極材料的發展方向是(shì)磷酸鐵鋰。雖然國內(nèi)磷酸鐵鋰正極材料的研發如火如荼,但缺乏原始創新技術。鋰(lǐ)離子電池負極材料未來有兩個(gè)發(fā)展方向——鈦酸鋰(lǐ)材料和矽(guī)基材料。國內近年來開發的矽基材料基本能達到高比容量、高功率特性和長循環壽命的要求,但產業(yè)化還須突破工藝(yì)、成本和環境方麵的(de)製約。我國在鋰離子電池隔膜國(guó)產化方麵已(yǐ)取得(dé)一(yī)定成績,但要實現高端產品的大規模生產仍有較長的路要走。六氟磷酸鋰在鋰離子電池電解質中占有絕對的市場優勢,但我國基本上受製於日本技術,自主研發(fā)實力薄弱。
電池材料中的導電(diàn)塗(tú)層
利(lì)用功能塗層對(duì)電池導電基(jī)材進行表麵(miàn)處理是一項突破性的技術(shù)創新,覆碳鋁箔/銅箔就是將分散好的納米導電石墨和碳包覆粒,均勻、細膩地塗覆在鋁箔/銅箔(bó)上。它能提供的靜態導(dǎo)電性能(néng),收集活性物質的微(wēi)電流,從而可以(yǐ)大幅度(dù)降低(dī)正/負極材料和集流之間的接觸電(diàn)阻,並能提高兩者之間的附著能力,可減少粘結劑的(de)使用量,進(jìn)而使電池的(de)整體性能產(chǎn)生顯著的提(tí)升