鋰電池材料及技術(shù)發(fā)展有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-23 12:01
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鋰電池的發(fā)展正處于一個瓶頸期，能量密度已經(jīng)接近其物理極限。我們需要新的材料或者技術(shù)去實現(xiàn)鋰電池的突破，以下幾種電池材料被業(yè)內(nèi)人士一直看好，或?qū)⒊蔀榇蚱其囯姵卣系K的突破口。
1硅碳復(fù)合負(fù)極材料
數(shù)碼終端產(chǎn)品的大屏幕化、功能多樣化后，對電池的續(xù)航提出了新的要求。當(dāng)前鋰電材料克容量較低，不能滿足終端對電池日益增長的需求。
硅碳復(fù)合材料作為未來負(fù)極材料的一種，其理論克容量約為4200mAh/g以上,比石墨類負(fù)極的372mAh/g高出了10倍有余，其產(chǎn)業(yè)化后，將大大提升電池的容量。
現(xiàn)在硅碳復(fù)合材料存在的主要問題有：
充放電過程中，體積膨脹可達(dá)300%，這會導(dǎo)致硅材料顆粒粉化，造成材料容量損失。同時吸液能力差。
循環(huán)壽命差。目前正在通過硅粉納米化，硅碳包覆、摻雜等手段解決以上問題，且部分企業(yè)已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。
相關(guān)研發(fā)企業(yè)：
目前各大材料廠商紛紛在研發(fā)硅碳復(fù)合材料，如BTR、斯諾、星城石墨、湖州創(chuàng)亞、上海杉杉、華為、三星等。國內(nèi)負(fù)極材料企業(yè)研發(fā)硅基材料的情況是：大部分材料商都還處于研發(fā)階段，目前只有上海杉杉已進(jìn)入中試量產(chǎn)階段。
2鈦酸鋰
近年來，國內(nèi)對鈦酸鋰的研發(fā)熱情較高。
鈦酸鋰的優(yōu)勢主要有：
循環(huán)壽命長(可達(dá)10000次以上)，屬于零應(yīng)變材料(體積變化小于1%)，不生成傳統(tǒng)意義的SEI膜;
安全性高。其插鋰電位高，不生成枝晶，且在充放電時，熱穩(wěn)定性極高;
可快速充電。
目前限制鈦酸鋰使用的主要因素是價格太高，高于傳統(tǒng)石墨，另外鈦酸鋰的克容量很低，為170mAh/g左右。只有通過改善生產(chǎn)工藝，降低制作成本后，鈦酸鋰的長循環(huán)壽命、快充等優(yōu)勢才能發(fā)揮作用。結(jié)合市場及技術(shù)，鈦酸鋰比較適合用于對空間沒有要求的大巴和儲能領(lǐng)域。
相關(guān)研發(fā)企業(yè)：
珠海銀隆、四川興能、湖州微宏動力有限公司、深圳貝特瑞新能源材料股份有限公司、湖南杉杉新材料有限公司以及安徽和深圳周邊的多家規(guī)模較小的鈦酸鋰生產(chǎn)廠家。
3石墨烯
石墨烯自2010年獲得諾獎以來，廣受全球關(guān)注，特別在中國。國內(nèi)掀起了一股石墨烯研發(fā)熱潮，其具諸多優(yōu)良性能，如透光性好，導(dǎo)電性能優(yōu)異、導(dǎo)熱性較高，機械強度高。
石墨烯在鋰離子電池中的潛在應(yīng)用有：
作負(fù)極材料。石墨烯的克容量較高，可逆容量約700mAh/g,高于石墨類負(fù)極的容量。另外，石墨烯良好的導(dǎo)熱性能確保其在電池體系中的穩(wěn)定性，且石墨烯片層間距大于石墨，使鋰離子在石墨烯片層間擴散通暢，有利于提高電池功率性能。由于石墨烯的生產(chǎn)工藝不成熟，結(jié)構(gòu)欠穩(wěn)定，導(dǎo)致石墨烯作為負(fù)極材料仍存在一定問題，如首次放電效率較低，約65%;循環(huán)性能較差;價格較高，明顯高于傳統(tǒng)石墨負(fù)極。
作為正負(fù)極添加劑，可提高鋰電池的穩(wěn)定性、延長循環(huán)壽命、增加內(nèi)部導(dǎo)電性能。
鑒于石墨烯當(dāng)前的批量生產(chǎn)工藝不成熟、價格高昂、性能不穩(wěn)定，石墨烯將率先作為正負(fù)極添加劑在鋰離子電池中使用。
相關(guān)研發(fā)企業(yè)：
珈偉股份，東旭光電，青島昊鑫新能源，廈門凱納等
4碳納米管
碳納米管是一種石墨化結(jié)構(gòu)的碳材料，自身具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，同時由于其脫嵌鋰時深度小、行程短，作為負(fù)極材料在大倍率充放電時極化作用較小，可提高電池的大倍率充放電性能。
缺點：
碳納米管直接作為鋰電池負(fù)極材料時，會存在不可逆容量高、電壓滯后及放電平臺不明顯等問題。如Ng等采用簡單的過濾制備了單壁碳納米管，將其直接作為負(fù)極材料，其首次放電容量為1700mAh/g，可逆容量僅為400mAh/g。
碳納米管在負(fù)極中的另一個應(yīng)用是與其他負(fù)極材料(石墨類、鈦酸鋰、錫基、硅基等)復(fù)合，利用其獨特的中空結(jié)構(gòu)、高導(dǎo)電性及大比表面積等優(yōu)點作為載體改善其他負(fù)極材料的電性能。
