鋰電池高鎳電解液的分析
來源：寶鄂實業(yè)
2019-02-17 14:51
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能量密度要求促使電池升級換代，對正負極等材料提出更高的要求，但在材料逐步成熟之時，應(yīng)用卻遲遲未能實現(xiàn)，主要原因在于各種材料在組合成電池后，體系的兼容及安全等問題未能得到很好的解決。當(dāng)下工藝水平逐步成熟、設(shè)備現(xiàn)代化程度較高，這些問題的重點在于如何使用合適的電解液上面。
在高鎳體系中，對于電解液主要有兩個方面要求，一是使用新型添加劑，另外就是電解液的配方。
新型添加劑：對于高鎳體系，需要解決在正極表面的產(chǎn)氣、負極的成膜穩(wěn)定性以及安全性等問題，新型添加劑可以針對性解決高鎳遇到的問題，我們認為具有新型添加劑研發(fā)的能力的電解液企業(yè)將顯著受益。
電解液配方：電解液配方開發(fā)周期長、成本高，目前是電池企業(yè)壁壘最高的環(huán)節(jié)之一。隨著行業(yè)分工擴大，開發(fā)的重心會向電解液廠商傾斜，電解液廠商在配方的開發(fā)和添加劑的研發(fā)優(yōu)勢更大。
動力電池即將整體邁入高鎳時代
1.政策導(dǎo)向——電池能量密度要求提高
隨著新能源汽車的補貼政策進入到2018年，國家開始把補貼力度著重轉(zhuǎn)向了提升新能源汽車的性能。從續(xù)航里程來看，補貼門檻由2017年的100KM提高到了現(xiàn)在的150KM，最高補貼里程也由原來的250KM上升到了現(xiàn)在的400KM;從能量密度來看，門檻也由此前的90Wh/kg提升至了現(xiàn)在的105Wh/kg，最高的補貼系數(shù)也由原來的1.1倍提高到了現(xiàn)在的1.2倍，同時對應(yīng)的最高檔的能量密度由之前的120Wh/kg增加到了160Wh/kg。
對于相應(yīng)政策要求的逐步提高，與新能源汽車相關(guān)的各產(chǎn)品也面臨著一個升級的問題。隨著國家對于動力電池的能量密度的要求越來越高，以高鎳為主的正極材料越來越受到市場的青睞。
2.市場導(dǎo)向——更符合未來乘用車的市場需求
動力鋰電池市場主要以三元和磷酸鐵鋰為主。相對于磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池在能量密度等方面具有獨特的優(yōu)勢，市場份額由2015年的23%上漲到了2017年的48%，2018年1-4月乘用車中三元的占比更是高達89%。相比低鎳三元材料，使用高鎳三元材料能顯著提升電池能量密度。同時由于鈷價格的持續(xù)走高，四氧化三鈷的價格從16年底的13.05萬元/噸大漲至目前的46.5萬元/噸，漲幅高達256.32%，這也從一定程度上加速了廠商對高鎳三元材料的開發(fā)使用。
發(fā)展高鎳三元不僅是政策要求，更是電池升級的需求。高鎳三元電池在能量密度上有非常大的優(yōu)勢，是目前高能量密度產(chǎn)業(yè)化最為成熟的應(yīng)用材料。此外高鎳中鈷的含量較低，可以在一定程度上緩解動力電池對鈷的依賴性，因此發(fā)展高鎳動力電池是整個產(chǎn)業(yè)的趨勢。
動力電池高鎳化我們?yōu)槭裁匆P(guān)注電解液
正極材料中鎳的比例不斷提升，以及硅碳負極的使用，給電解液的研發(fā)和生產(chǎn)帶來了新的困擾，如果電解液不能隨電池材料同步升級，高鎳三元體系就很難實現(xiàn)其設(shè)計初衷。
目前高鎳體系遇到的四大問題：
1)產(chǎn)氣：正極材料中鎳含量增加，由于高鎳中的4價鎳離子具有較高的催化活性，它會催化電解液氧化分解，影響電池性1)能，因此需要添加劑抑制鎳對電解液的催化分解；
2)破壞負極SEI膜：高鎳體系電池循環(huán)過程中會有錳、鈷等過渡金屬溶出，它們會破壞負極SEI膜，這就需要通過添加劑來改善過度金屬的溶出以及增強SEI膜穩(wěn)定性；
3)硅系負極添加劑：硅系負極由于有較高的膨脹特性，會破壞SEI膜、本身顆粒也會粉化，對于循環(huán)和安全性能不利，需要添加劑和特殊處理；
4)安全性：對于高鎳體系還有較為重要一點是電池的安全性的問題，需要添加過充和阻燃等添加劑來提升電池的安全性。
高鎳體系中電解液的技術(shù)要求和復(fù)雜程度相對于傳統(tǒng)電解液都有很明顯提升，而解決這些問題需要各種添加劑來實現(xiàn)，添加劑在高鎳體系中扮演的角色越來越突出。除此之外，各種添加劑之間、溶劑與添加劑之間、正負極體系與添加劑之間都要考慮到兼容性的問題，這也為高鎳電解液的開發(fā)帶來難度。
在高鎳體系中，對于電解液主要有兩個方面要求，一是使用新型添加劑，另外就是電解液的配方。
新型添加劑：對于高鎳體系，需要解決在正極表面的產(chǎn)氣、負極的成膜穩(wěn)定性以及安全性等問題，新型添加劑可以針對性解決高鎳遇到的問題，我們認為具有新型添加劑研發(fā)的能力的電解液企業(yè)將顯著受益。
電解液配方：電解液配方開發(fā)周期長、成本高，目前是電池企業(yè)壁壘最高的環(huán)節(jié)之一。隨著行業(yè)分工擴大，開發(fā)的重心會向電解液廠商傾斜，電解液廠商在配方的開發(fā)和添加劑的研發(fā)優(yōu)勢更大。
動力電池即將整體邁入高鎳時代
1.政策導(dǎo)向——電池能量密度要求提高
隨著新能源汽車的補貼政策進入到2018年，國家開始把補貼力度著重轉(zhuǎn)向了提升新能源汽車的性能。從續(xù)航里程來看，補貼門檻由2017年的100KM提高到了現(xiàn)在的150KM，最高補貼里程也由原來的250KM上升到了現(xiàn)在的400KM;從能量密度來看，門檻也由此前的90Wh/kg提升至了現(xiàn)在的105Wh/kg，最高的補貼系數(shù)也由原來的1.1倍提高到了現(xiàn)在的1.2倍，同時對應(yīng)的最高檔的能量密度由之前的120Wh/kg增加到了160Wh/kg。
對于相應(yīng)政策要求的逐步提高，與新能源汽車相關(guān)的各產(chǎn)品也面臨著一個升級的問題。隨著國家對于動力電池的能量密度的要求越來越高，以高鎳為主的正極材料越來越受到市場的青睞。
2.市場導(dǎo)向——更符合未來乘用車的市場需求
動力鋰電池市場主要以三元和磷酸鐵鋰為主。相對于磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池在能量密度等方面具有獨特的優(yōu)勢，市場份額由2015年的23%上漲到了2017年的48%，2018年1-4月乘用車中三元的占比更是高達89%。相比低鎳三元材料，使用高鎳三元材料能顯著提升電池能量密度。同時由于鈷價格的持續(xù)走高，四氧化三鈷的價格從16年底的13.05萬元/噸大漲至目前的46.5萬元/噸，漲幅高達256.32%，這也從一定程度上加速了廠商對高鎳三元材料的開發(fā)使用。
發(fā)展高鎳三元不僅是政策要求，更是電池升級的需求。高鎳三元電池在能量密度上有非常大的優(yōu)勢，是目前高能量密度產(chǎn)業(yè)化最為成熟的應(yīng)用材料。此外高鎳中鈷的含量較低，可以在一定程度上緩解動力電池對鈷的依賴性，因此發(fā)展高鎳動力電池是整個產(chǎn)業(yè)的趨勢。
動力電池高鎳化我們?yōu)槭裁匆P(guān)注電解液
正極材料中鎳的比例不斷提升，以及硅碳負極的使用，給電解液的研發(fā)和生產(chǎn)帶來了新的困擾，如果電解液不能隨電池材料同步升級，高鎳三元體系就很難實現(xiàn)其設(shè)計初衷。
目前高鎳體系遇到的四大問題：
1)產(chǎn)氣：正極材料中鎳含量增加，由于高鎳中的4價鎳離子具有較高的催化活性，它會催化電解液氧化分解，影響電池性1)能，因此需要添加劑抑制鎳對電解液的催化分解；
2)破壞負極SEI膜：高鎳體系電池循環(huán)過程中會有錳、鈷等過渡金屬溶出，它們會破壞負極SEI膜，這就需要通過添加劑來改善過度金屬的溶出以及增強SEI膜穩(wěn)定性；
3)硅系負極添加劑：硅系負極由于有較高的膨脹特性，會破壞SEI膜、本身顆粒也會粉化，對于循環(huán)和安全性能不利，需要添加劑和特殊處理；
4)安全性：對于高鎳體系還有較為重要一點是電池的安全性的問題，需要添加過充和阻燃等添加劑來提升電池的安全性。
高鎳體系中電解液的技術(shù)要求和復(fù)雜程度相對于傳統(tǒng)電解液都有很明顯提升，而解決這些問題需要各種添加劑來實現(xiàn)，添加劑在高鎳體系中扮演的角色越來越突出。除此之外，各種添加劑之間、溶劑與添加劑之間、正負極體系與添加劑之間都要考慮到兼容性的問題，這也為高鎳電解液的開發(fā)帶來難度。
