近期高工产研锂电研讨所(GGII)造访了50多家企业和参与多个论坛沟通,发现现在锂电池在高能量密度技能方面有较大打破。
高能量密度开展道路包含:高电压正极资料、高克容量正负极资料。高电压正极资料一般指电池运用电压高于4.2V的正极资料。钴酸锂、锰酸锂、三元均有高电压资料。
其间高电压钴酸锂商用化现已很老练,许多使用于高端数码类产品,其能量密度比一般的三元电池要高。现在高电压钴酸锂电池电压一般为4.35V,未来3-5年4.4V、4.5V高电压钴酸锂电池或可大规模使用。
三元高电压正极资料使用很少,根本处于研讨阶段。但三元高电压正极资料或许是未来到达300Wh/kg能量密度的打破口。
现在三元NCM811资料克容量现已超越180mAh/g,经过包覆或许参杂能够完成高电压,一起其克容量也会进一步进步(高电压资料相当于将低电压时没有活性的锂激活,更大极限的使用资料)。但现在三元资料高电压化还有许多技能问题没有处理,资料本身的安稳性没有处理。
锰酸锂正极资料充电电位可达4.7V,晶格结构十分安稳。
现在锰酸锂电池能量密度150Wh/kg,高于磷酸铁锂电池能量密度。锰酸锂晶体结构安稳、热安稳性杰出,锰酸锂电池的安全性十分高。其间锰酸锂-钛酸锂体系电池在快充范畴有极好的使用远景。
磷酸铁锂因为容量发挥现已挨近理论,经过高电压化难以激活更多的锂,作用十分有限。但磷酸铁锰(钒)锂、硅酸铁锂能量密度更高,是许多研讨机构和企业研讨的抢手范畴,硅酸铁锂分子含有两个锂离子,其理论克容量高达332mAh/g。
高电压正极资料需要高电压电解液合作使整个电池体系运转杰出。要使电解液在高电压环境下安稳运转,必需要进步溶剂的耐氧化性,一起阻断正极与电解液直触摸摸。进步电解液抗氧化性办法包含氟代溶剂,氟代溶剂价格太高,大规模使用难以完成。
其他新式抗氧化性溶剂如离子液体,具有杰出的离子导电性和抗氧化才能,是一种优秀锂电池溶剂,但现在价格昂扬,难以大规模推行。阻断电解液和电解液直触摸摸的办法包含正极资料包覆,正极成膜添加剂。正极资料包覆和添加剂研讨十分多,作用十分显着,是未来进步抗氧化性重要手法。
三元资料大规模开发和使用相对较晚,在能量密度方面还有很大进步空间。现在干流资料厂商现已能做到180mAh/g水平,而三元高镍资料理论容量可达 270mAh/g,还有很大进步空间。现在高容量三元资料存在对水灵敏、初次功率低、循环差等特色。跟着工艺技能进步这些问题或可处理,富锂正极也是许多研讨机构和企业研讨的热门。
另一方面硅系负极资料能够极大进步负极的克容量。一直以来负极资料均已石墨为主,石墨负极技能现已十分老练,实践容量现已十分挨近理论容量。要进步负极克容量,有必要选用其他资料。
而硅锡等金属负极是十分适宜的挑选,最早日本sony有选用锡复合负极进步电池能量密度,现已向商场推出了高容量18650产品。近几年来硅复合负极得到了注重,其间硅碳复合负极和氧化亚硅-石墨复合负极技能较为老练,日韩企业现已使用到高容量产品中。
现在国内资料厂、电芯厂也逐渐推出硅系负极高容量产品。硅的理论克容量4200mAh/g,可是体积胀大效应十分大,因而多选用与石墨复合以减小胀大带来的影响。金属锂负极具有比硅负极更高克容量,但其枝晶问题上没有处理,安全危险高。且金属锂与电解液简单反响,下降其循环寿数。现在金属锂负极电池还难以大规模推向商场。