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汽车动力锂电池材料咋突围?

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放大字体  缩小字体    发布日期:2017-06-07  
核心提示:日前,锂电材料产业与技术发展论坛上,众专家热议了新能源汽车对于锂电池新的发展需求,新形势下锂电池隔膜、电极材料、电解液等如何适应新的发展趋势,以及动力锂电池材料产业如何抓住投资机会。来自新能源汽车企业、科研院所、行业协会的专家学者为与会代表带来了视听盛宴。动力电池市场年增50%未来需四高一降成都雅俊新
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日前,锂电材料产业与技术发展论坛上,众专家热议了新能源汽车对于锂电池新的发展需求,新形势下锂电池隔膜、电极材料、电解液等如何适应新的发展趋势,以及动力锂电池材料产业如何抓住投资机会。来自新能源汽车企业、科研院所、行业协会的专家学者为与会代表带来了视听盛宴。

动力电池市场年增50%未来需“四高一降”

成都雅俊新能源汽车科技股份有限公司储能部副部长陈柯宇指出,新能源汽车动力电池在使用过程中面临电池价格偏高、充电时间过长、续航里程较短、环境通用性较差,使用寿命短等问题。因此,新能源汽车对锂电池提出了新的发展需求:一是提高高温、低温、充电、放电的一致性。二是通过电池设计以及材料改进实现高充电倍率。三是提高能量密度,主要通过基于现有高容量材料体系、优化电极结构、提高活性物质负载量;应用新型材料体系、提高电池工作电压;优化新型材料体系,使用新型电池结构等途径来实现。四是提高安全性,特别是在极端条件下的安全性。五是降低成本。六是注重电池二次回收利用。

中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙表示,未来五年,新能源汽车用锂离子电池市场年平均增长率在50%左右。锂离子电池技术进步,主要来自关键电池材料创新研究与应用进展,通过新材料的开发进一步提高电池性能,提高质量、降低成本、改善安全性。

刘彥龙指出,锂离子电池电解液和隔膜对提升电池性能与安全越来越凸显出重要性,电解液添加剂和隔膜涂层是配合锂离子电池提升电压(提升能量密度)、维持寿命和保障安全的重要措施。在电池电解液领域,应重点围绕着功能电解液展开,对添加剂的选择是当今电解液研究发展的焦点所在。尤其以新型电解质体系(含溶剂、溶质与添加剂)、适用于高镍NCM动力电池的功能电解质(含添加剂)、适用于储能电池中的电解质(特别包含添加剂)、低温型电解质、高温型(150摄氏度)与阻燃型电解质为重点。涂覆(或复合)隔膜则是当今隔膜应用发展的焦点所在,隔膜表面采用涂覆层,一是可以提高隔膜的热稳定性;二是可以提高隔膜对电解液的浸润性,有利于电池内阻降低、放电功率提升;三是涂覆可阻止或降低隔膜氧化,有利于配合高电压正极的操作以及延长电池循环寿命等。

替代进口将出现高潮国产膜呼唤国产料

中国塑料加工工业协会副秘书长、中国塑协电池隔膜专委会秘书长孙冬泉指出,作为世界上最大的锂电池生产国,中国对隔膜的需求日益增加。近几年,国内隔膜市场需求的增长率总体低于国产隔膜的增长率,说明国产隔膜所占市场份额不断上升,隔膜国产化是大势所趋。

然而,当前我国锂电隔膜低端市场产能过剩,产品价格不断下降,账期加长,但新的投资项目仍在源源不断地上马,无序竞争加剧。虽然高端产品进口在缩小,但国内隔膜企业与国外领先企业差距还很大。预计2017~2018年国内高端市场的国产化替代将出现高潮,2019年除少量进口外,80%以上的隔膜将实现国产化。孙冬泉指出,PP或PE树脂等原料的性能指标对隔膜性能影响巨大。国内隔膜企业在材料方面还缺乏真正能够满足需求的稳定隔膜专用料供应来源,产品开发任重道远。干法专用料方面,中石化北京化工研究院开发出国产锂电池隔膜专用料,已经在隔膜企业投入应用;湿法专用料方面,中石化上海石油化工研究院正在开发湿法锂电池隔膜专用料,今后也将进行推广试用。

在改进隔膜性能方面,目前有三种思路:一是在PP膜和PE膜的基础上增加功能性涂层,以满足对高温特性等特殊需求;二是开发无机或有机材料共混PE、PP膜;三是彻底改变基体材料,如采用聚酰亚胺等材料代替传统的PP和PE材料。

中国石化化工销售有限公司华中分公司客户经理曾松军指出,中国PP膜料年需求总量约360万吨,电工膜与包装膜相比虽然数量不大,但是对于一种高技术含量产品来说却十分可观。国内许多企业曾研发和生产低端电工膜原料,但随着下游用户对电池、电容等的要求越来越高,低端产品的需求量已降至20%左右,很多企业因技术和市场容量等原因,逐步放弃了对聚丙烯电容膜原料的研发和生产。湿法隔膜一直以来由于采用超高分子量聚乙烯作为原料,厚度更薄(已可低至5微米)、强度更高,更适用于高能量密度电池。但实际上相关企业也可在PP原料方面进行考虑,使干法隔膜也可在保证较高强度的同时,更轻更薄,更安全。

电极材料设计考虑综合因素

中南大学冶金与环境学院轻金属及工业电化学研究所所长胡国荣教授指出,正极材料的研发成为制约该类材料大规模推广应用的关键。2000年以前钴酸锂独领风骚,几乎占市场的100%。2000年以后,锰酸锂、三元、磷酸铁锂正极材料开始发展,目前钴酸锂约占市场的40%,三元系约占35%,其余是锰酸锂,磷酸铁锂和二元系(NCA)。未来需要进一步开发的材料主要有富锂锰基固溶体材料、磷酸锰锂、磷酸锰铁锂、磷酸铁锂石墨烯复合材料。

锰酸锂与磷酸铁锂主要应用于大型储能与动力电池领域;由于锂电池制造的安全技术得到提升以及锂电池对能量密度的要求,三元材料目前开始应用于动力电池领域。因此三元材料在未来两大市场均有好的应用,其市场前景看好,将占领正极材料最大的市场份额。但由于三元系NCA、NCM受镍钴资源限制,必须解决三元材料电池中的镍钴回收问题。

电解质重点解决五大问题

中国石油大学(北京)新能源研究院孙晖博士指出,锂离子电池电解质未来发展需要重点解决以下问题:

一是电解液和电池的安全性。可以通过离子液体、氟代碳酸酯、加入过充添加剂、阻燃剂、采用高稳定性锂盐来解决。

二是提高电解液的工作电压。可以通过提纯溶剂、采用离子液体、氟代碳酸酯、添加正极表面膜添加剂等来解决。

三是拓宽工作温度范围。低温电解质体系需要采用熔点较低的醚、腈类体系;高温需要采用离子液体(熔融盐)、新锂盐、氟代酯醚来提高。

四是延长电池寿命。需要精确调控固体电解质界面膜(SEI膜)的组成与结构,主要通过SEI膜成膜添加剂、游离过渡金属离子捕获剂等来实现。

五是降低成本。需要降低锂盐和溶剂的成本,解决锂盐和溶剂纯度较低时如何提高电池性能的技术问题,这方面目前仍需要深入研究。

 

 
 
 
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