在過去的十年里，中國在鋰電池材料的發(fā)展方面取得了巨大的進步，但也必須看到，中國的鋰電池技術與國際先進技術還有一定的差距。鋰電池未來的發(fā)展將集中在電池材料的進步和電池材料的升級與不斷迭代上。

作為鋰電池產業(yè)鏈的核心材料，這些電池材料的國產化和技術的不斷進步，對中國鋰電池技術走在世界前列具有重要意義。

 

中國鋰電池材料和技術發(fā)展迅速

鋰是化學元素周期表中原子量最小的金屬元素，也是密度最小、電化學當量最小、電極電位最低的金屬。鋰電池已成為當今的主流，具有以下優(yōu)勢：

● 高比能量。就質量比能和體積比能而言，鋰電池比鉛酸電池高出三倍多。

● 循環(huán)壽命長。通常，鉛酸電池的循環(huán)次數約為400至600次，低于鋰電池。

● 充電功率范圍廣?？稍?~3C快速充電，充電效率在85%以上，隨著電控技術的不斷進步，充電效率將進一步提高；

● 高速放電性能。鋰電池的放電速率高于鉛酸電池。普通鋰電池可以實現2-3C放電，也有具有高倍率放電能力的鋰電池。

 

 

中國還對鋰電池的發(fā)展做出了全面的科技規(guī)劃，并出臺了一系列政策，為鋰電池的開發(fā)奠定了良好的基礎?？傮w而言，全球鋰電池的技術來源主要是日本、中國和韓國，其中日本在鋰電池材料的研究專利方面具有優(yōu)勢。

圍繞鋰電池材料，需要在一段時間內加大對高能量密度、低成本、更安全、輕量化電池材料的投入，開展研發(fā)和研究。使中國盡快突破鋰電池全產業(yè)鏈的關鍵電池材料制造技術，形成規(guī)模化生產，不斷有新的電池材料迭代和技術迭代。

 

幾種鋰電池材料的發(fā)展

高鎳正極材料

在電池材料中，三元正極材料分為鎳鈷鋁酸鋰（NCA）和鎳鈷錳酸鋰（NCM）。隨著鎳含量的增加，三元正極材料的電池容量增加，而循環(huán)性能惡化。高鎳正極材料的優(yōu)點是它具有高比容量，是動力電池的絕佳選擇。盡管高鎳具有高比容量的優(yōu)點，但由于結構和表面的變化，它經常導致較差的循環(huán)性能。相應地，高鎳正極材料的主要問題包括：

● 難以合成化學計量比的材料；

● 總堿含量高，易與空氣中的二氧化碳和水分發(fā)生反應；

● 熱穩(wěn)定性和安全性差。

因此，有必要對高鎳三元正極材料的改性技術進行研究，以提高其性能。高鎳三元正極材料的生產工藝包括以下步驟：鋰化混合、灌封、煅燒、破碎、分級、除雜、包裝等。與普通三元材料的區(qū)別主要在于原料要求高，工藝更復雜，制備難度大，因此其成本相對較高。

 

 

盡管近兩年有了發(fā)展，但高鎳三元正極材料的整體市場份額并不大，高鎳產能正在釋放，市場正在逐步推進高鎳三進制材料的應用，其技術也在不斷提升。

 

固體電解質

在鋰電池材料中，固體電解質代替液體電解質被認為是解決鋰離子電池作為動力的安全問題的重要手段。鋰離子電池通常使用易燃的有機電解質。當用作電力電池時，過度充電或意外碰撞可能會導致電解液起火并引發(fā)安全事故。液體電解質的優(yōu)點是它可以最大化電極和電解質之間的接觸面積，以降低電化學阻抗。

然而，液體電解質具有熱力學穩(wěn)定性低、Li+導電性差、濃度極化、工作溫度范圍窄、易著火、易泄漏等缺點。相比之下，固體電解質在電池材料中的優(yōu)點包括良好的安全性、良好的機械加工性、簡化的電池結構、寬的工作溫度范圍、良好的化學和電化學穩(wěn)定性以及長的循環(huán)壽命。然而，固體電解質也面臨著需要解決的問題：大多數Li+導電效率很低；它們不能與金屬鋰穩(wěn)定地存在。

由于電解質和電極之間的接觸面積有限，電化學阻抗較大。固體電解質在電化學和化學穩(wěn)定性方面與陰極和陽極電池材料不兼容。目前，圍繞固體電解質的研究正在進行中，固體電解質的材料將不斷改進并取得更多突破。

 

硅負極材料

商用鋰離子電池負極材料主要是石墨，但這類電池材料的比容量很低，高速率充放電性能較差。單晶硅陽極材料的理論比容量為4200mA·h/g，是天然石墨的十倍以上；工作電壓低至0.3V。為了實現更高的鋰離子電池比容量以滿足動力電池的需求，人們對硅陽極電池材料進行了大量研究。硅基是目前重要的研究熱點，被認為是最有潛力的陽極材料之一。

 

 

然而，硅基陽極在電池材料中具有大容量和大體積變化。目前，添加劑等手段主要用于提高陽極材料的克容量、循環(huán)穩(wěn)定性和液體吸收能力。目前，在充放電循環(huán)過程中，硅陽極材料會因鋰的嵌入和脫鋰而引起巨大的體積變化，從而導致活性材料的粉碎和剝離，從而降低電極的循環(huán)性能。

通過開發(fā)硅碳復合陽極材料，可以有效地避免在充電和放電過程中由于體積膨脹過大而使硅粉化。此外，碳作為涂層電池材料可以有效地穩(wěn)定電極材料和電解質之間的界面。因此，硅碳復合材料有望取代石墨成為下一代高能量密度鋰離子電池的陽極。

 

鋰電池粘合劑

在鋰電池材料中，鋰電池專用粘結劑的作用是粘結和保持電極活性材料，增強電極活性材料與導電劑、活性材料與集電器之間的電子接觸，更好地穩(wěn)定極片的結構。由于鋰電池的陰極和陽極的體積在充電和放電過程中會膨脹或收縮，因此要求粘合劑起到一定的緩沖作用。

 

 

含有活性材料的涂膜不會從集電體上脫落或產生裂紋。雖然粘結劑用量較少，但其粘結劑性能對鋰離子電池的正常生產和最終性能有很大影響，是電池行業(yè)中非常重要的輔助電池材料。

鋰電池專用粘結劑在電池材料中主要分為兩類：一類是油溶性粘結劑，使用有機溶劑作為分散劑；另一種是水性粘合劑，使用水作為分散劑。粘合劑的性能直接影響電池的性能，因此合適的鋰電池粘合劑需要低電阻和在電解質中的穩(wěn)定性能。粘合劑在提高電池的循環(huán)性能、快速充電和放電能力以及降低電池內阻方面發(fā)揮著重要作用。

 

鋰電池材料未來發(fā)展的四大趨勢

鋰電池的技術進步主要來自于關鍵電池材料的創(chuàng)新和應用研究，主要研發(fā)方向仍集中在鋰離子電池材料上。這將為電池的安全性能帶來新的突破。鋰電池材料的發(fā)展趨勢主要體現在以下四個方面：

 

 

● 一種是正極材料，它主要是基于高鎳三元材料開發(fā)的，通過高鎳三三元材料可以在降低成本和增加穩(wěn)定性的同時提高能量密度。

● 二是負極材料。以硅碳復合材料為代表的新型大容量陽極材料是未來的發(fā)展趨勢。

● 三是電解質，主要針對傳統(tǒng)電解質高溫穩(wěn)定性差的問題，研究新型電解質，逐步向聚合物電解質發(fā)展，最終向全固體電解質發(fā)展。在電池材料方面，固體電解質材料的研究、開發(fā)和應用對提高鋰電池的性能、降低生產成本、提高穩(wěn)定性和安全性具有重要意義。

● 四是新一代水性粘結劑。更多的研究將朝著不同的水性共聚物粘合劑的方向發(fā)展，朝著新一代耐高溫和耐低溫的多組分共聚物粘合劑方向發(fā)展，并朝著更優(yōu)異的抗老化性能方向發(fā)展。未來，水性粘結劑的研究將成為鋰電池材料中制備鋰離子電池電極的重要方向之一。