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至-新形势下 汽车动力锂电池材料咋突围?-

2021年09月19日

新形势下 汽车动力锂电池材料咋突围?

提升了实验结膏 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锂电池新的发展需求,新情势下锂电池隔膜、电极材料、电解液等如何适应新的发展趋势,和动力锂电池材料产业如何捉住投资机会。来自新能源汽车企业、科研院所、行业协会的专家学者为预会代表带来了视听盛宴。
动力电池市场年增50%未来需4高1降
成都雅俊新能源汽车科技股分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进程中面临电池价格偏高、充电时间太长、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:1是提高高温、低温、充电、放电的1致性。2是通过电池设计和材料改进实现高充电倍率。3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、提高活性物资负载量;利用新因此经常使用于将各种非电量转换成位移后再进行丈量的场合型材料体系、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。4是提高安全性,特别是在极端条件下的安全性。5是下降本钱。6是重视电池2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5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利用进展,通过新材料的开认证的生物降解可堆肥”石化联合会常务副书记曾坚在会上表示塑料袋在全球范围内被广泛使用于分类搜集有机餐厨垃圾并通过堆肥处理进行资源化利用发进1步提高电池性能,提高质量、下降本钱、改良安全性。
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愈来愈凸显出重要性,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)、保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,对添加剂的选择是现今电解液研究发展的焦点所在。特别以新型电解质体系(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(特别包括添加剂)、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)隔膜则是现今隔膜利用发展的焦点所在,隔膜表面采取涂覆层,1是可以提高隔膜的热稳定性;2是可以提高隔膜对电解液的浸润性,有益于电池内阻下降、放电功率提升;3是涂覆可禁止或下降隔膜氧化,有益于配合高电压正极的操作和延长电池循环寿命等。
替换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趋增加。近几年,国内隔膜市场需求的增长率整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。
但是,当前我国锂电隔膜低端市场产能多余,产品价格不断降落,账期加长,但新的投资项目仍在源源不断地上马,无序竞争加重。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换将出现高潮,2019年除少许进口外,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少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,已在隔膜企业投入利用;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,今后也将进行推行试用。
在改进隔膜性能方面,目前有3种思路:1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;2是开发无机或有机材料共混pe、pp膜;3是完全改变基体材料,如采取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1种高技术含量产品来讲却10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、电容等的要求愈来愈高,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缘由,逐渐放弃了对聚丙烯电容膜原料的研发和生产。湿法隔膜1直以来由于采取超高份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。但实际上相干企业也可在pp原料方面进行斟酌,使干法隔膜也可在保证较高强度的同时,更轻更薄,更安全。
电极材料设计斟酌综合因素
中南京大学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范围推行利用的关键。2000年之前钴酸锂独领风骚,几近占市场的100%。2000年以后,锰酸锂、3元、磷酸铁锂正极材料开始发展,目前钴酸锂约占市场的40%,3元系约占35%,其余是锰酸锂,磷酸铁锂和2元系(nca)。未来需要进1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利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和锂电池对能量密度的要求,3元材料目前开始利用于动力电池领域。因此3元材料在未来两大市场均有好的利用,其市场前景看好,将占据正极材料最大的市场份额。但由于3元系nca、ncm受镍钴资源限制,必须解决3元材料电池中的镍钴回收问题。
电解质重点解决5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:
1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、采取高稳定性锂盐来解决。
2是提高电解液的工作电压。可以通过提纯溶剂、采取离子液体、氟代碳酸酯、添加正极表面膜添加剂等来解决。
3是拓宽工作温度范围。低温电解质体系需要采取熔点较低的醚、腈类体系;高温需要采取离子液体(熔融盐)、新锂盐、氟代酯醚来提高。
4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。
5是下降本钱。需要下降锂盐和溶剂的本钱,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。