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电解液在高镍三元时代面临新挑战

导读: 随着人们对新能源汽车动力电池各项性能的要求不断提高,锂电池不断迭代升级,开始步入高镍三元时代成为一个不争的事实。然而,如果电解液不能随电池材料同步升级,高镍三元体系就很难实现其设计初衷。

随着人们对新能源汽车动力电池各项性能的要求不断提高,锂电池不断迭代升级,开始步入高镍三元时代成为一个不争的事实。然而,如果电解液不能随电池材料同步升级,高镍三元体系就很难实现其设计初衷。

新阶段电解液面临新挑战

正极材料中镍的比例不断提升,以及硅碳负极的使用,给电解液的研发和生产带来新的困扰。

随着动力电池能量密度的提升,电压也会随之提高,电压越高,电解液的分解能力则越强。针对高镍三元体系,电解液企业专门做过漏电流(即通过绝缘体流过的电流)和过渡金属离子溶出的测试。测试结果表明,提高动力电池正极材料中的镍含量,过渡金属离子的溶出会增加。而溶出的过渡金属离子在负极被还原析出后,会破坏负极表面的SEI膜。此外,提高电压还会明显增大漏电流。这样动力电池在高温环境下的存储性能和循环性能就会受到影响,同时材料中镍含量的提高也会导致动力电池的安全性能下降。

高镍材料与电解液配合使用所出现的这些问题,解决起来比较复杂,技术门槛高。如果企业没有足够的研发实力,很难做好与高镍材料相匹配的电解液产品。

电解液企业如何破局?

面对新形势,业内很多企业都展开了对电解液的技术攻关,以满足新材料体系对电解液提出的新要求。

鹏辉能源在这方面做了一系列工作。为了提升高镍材料在高电压下的稳定性,鹏辉能源采用正极掺杂和包覆技术的同时,在高压高温电解液技术方面也取得了突破,抑制了高压下镍离子的溶出和电解液的分解,从而解决了电池的高温和胀气问题。此外,鹏辉能源还开发出硅碳负极专用的工艺体系和电解液,使电池的容量和寿命得到有效提高。

2017年12月,遨优动力研发团队经过8年的潜心研发,终于使富锂锰基动力电池实现量产。据了解,该团队采取了在高电压电解液中应用特殊添加剂等多种界面保护方案,提高了材料的倍率性能。

电解液企业新宙邦针对高镍三元和硅碳负极动力电池电解液,专门研发了新型正极成膜添加剂等一系列产品,使电池内阻有效降低,从而改善了电池的倍率性能和高温性能,提升了电池的循环寿命。据了解,新宙邦研发的新型电解液已供货国内外高端动力电池企业。

天赐材料通过控股中科立新和增资张家港吉慕特,获得了有机硅电解液的自主产权专利和电解液阻燃剂研发技术,增强了电解液研发能力。未来天赐材料还将进一步研发适应新型电池材料的新型电解质、添加剂和溶剂,做大做强电解液产业,提升公司在电解液领域的竞争力。

2017年11月,日本东京大学等机构的研究人员研发出一种含有阻燃剂磷酸三甲酯的高浓度电解液,据称该电解液不易燃烧,可以使锂离子电池的工作电压从3.7伏特提高到4.6伏特,适用于电动汽车等高能量密度、高安全的储能电池要求。

此前由国家工业和信息化部、发展改革委、科技部、财政部联合印发的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》要求,到2020年,新型锂离子动力电池单体比能量超过300瓦时/公斤;系统比能量力争达到260瓦时/公斤、成本降至1元/瓦时以下,使用环境达-30℃到55℃,可具备3C充电能力。

此外,行动方案还指出,到2020年,关键材料及零部件要取得重大突破。电解液等关键材料及零部件要达到国际一流水平,上游产业链实现均衡协调发展,形成具有核心竞争力的创新型骨干企业。这对动力电池企业尤其是上游的电解液企业来说,可谓不小的挑战。

当然,高镍三元时代也是一个机遇,电解液企业可抓住这一契机,对产品进行转型升级,提高产品技术含量,这样才能在新的竞争态势下脱颖而出。

作者:周效敬

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