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10大锂电材料将决定行业发展方向

2015-01-05 00:23
龙凰
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  1、硅碳复合负极材料

  数码终端产品的大屏幕化、功能多样化后,对电池的续航提出了新的要求。当前锂电材料克容量较低,不能满足终端对电池日益增长的需求。

  硅碳复合材料作为未来负极材料的一种,其理论克容量约为4200mAh/g,比石墨类负极的372mAh/g高出了10倍有余。其产业化后,将大大提升电池的容量。目前各大材料厂商纷纷在研发硅碳复合材料,如BTR、杉杉、紫宸、星城等。从专利来看,截至日前,中国硅碳复合材料的专利共269项,其中2012-2014年共186项,占比69%。

  现在硅碳复合材料存在的主要问题有:1、充放电时,体积膨胀,吸液能力强;2、循环寿命差。目前正在通过包覆、掺杂等手段解决以上问题,且部分企业已经取得了一定进展。

  2、钛酸锂

  近年来,国内对钛酸锂的研发热情较高,申请的专利逐年攀升。截至日前,国内共729项钛酸锂发明专利,其中2012-2014年共477项,占比为65%。

  钛酸锂的优势主要有:1、循环寿命长(可达10000次以上),属于零应变材料(体积变化小于1%),不生成传统意义的SEI膜;2、安全性高。其插锂电位高,不生成枝晶,且在充放电时,热稳定性极高;3、可快速充电。

  目前限制钛酸锂使用的主要因素是价格太高,当前的均价为11-16万元/吨,高于传统石墨。今年国家将钛酸锂大巴的补贴从50万/辆下调至15万元/辆,这进一步限制钛酸锂的推广应用进程。另外钛酸锂的克容量很低,为170mAh/g左右。

  只有通过改善生产工艺,降低制作成本后,钛酸锂的长循环寿命、快充等优势才能发挥作用。结合市场及技术,钛酸锂比较适合用于对空间没有要求的大巴和储能领域。

  3、石墨烯

  石墨烯自2010年获得诺奖以来,广受全球关注,特别在中国。从2010年以来,国内掀起了一股石墨烯研发热潮,在2010-2014年间国内石墨烯相关发明专利直线飙升,截至日前国内申请石墨烯相关专利为7426项,居全球之首。

  石墨烯引发热潮,是因为其诸多优良性能,如透光性好,导电性能优异、导热性较高,机械强度高。石墨烯在锂离子电池中的潜在应用有:1、作负极材料。石墨烯的克容量较高,可逆容量约700mAh/g,高于石墨类负极的容量。另外,石墨烯良好的导热性能确保其在电池体系中的稳定性,且石墨烯片层间距大于石墨,使锂离子在石墨烯片层间扩散通畅,有利于提高电池功率性能。由于石墨烯的生产工艺不成熟,结构欠稳定,导致石墨烯作为负极材料仍存在一定问题,如首次放电效率较低,约65%;循环性能较差;价格较高,明显高于传统石墨负极。2、作为正负极添加剂,可提高锂电池的稳定性、延长循环寿命、增加内部导电性能。

  鉴于石墨烯当前的批量生产工艺不成熟、价格高昂、性能不稳定,石墨烯将率先作为正负极添加剂在锂离子电池中使用。

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