动力电池丨锂离子动力电池主要材料分析

   日期:2018-12-24     评论:0       [ 进入汽车材料社区 ] [ 汽车材料馆 ]
2019(第二届)国际汽车轻量化材料连接技术研讨会
核心提示:近年来,为降低对传统石化能源的依赖、节能减排减少温室效应的产生,电动汽车的大规模推广和应用成为必然的趋势,因此,提升动力电池总体性能、降低成本在消费者承受范围之内成为各电池厂商竞争的主要目标。随着锂离子动力电池技术瓶颈的不断突破,成本的不断降低,可以预见未来锂离子动力电池将会成为电池技术发展的方向,成为越来越多汽车厂家的追求目标。
        作为新能源和环保低碳的动力电池产业发展迅速,锂离子电池以其优异的性能、成熟技术成为动力电池主流发展方向。锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜组成,它依靠锂离子在正极和负极之间移动工作,它具有重复充电的能力。随着材料类型、性能技术的不断突破和生产成本的有效控制,锂离子电池质轻、续航里程长、适用范围广、能量密度高、输出功率高的优势将逐步得到体现,被作为主要的动力电池发展,是当今新能源车动力电池的主要类型。

 
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一、锂离子电池正极材料

目前国内外产业化应用的锂离子动力电池正极材料有磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元(镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂)、镍酸锂材料;镍钴锰、镍钴铝三元材料的研发主要是提升材料的体积比能量、提高低温性能、改善电池的安全性;为了继续提升电池的能量密度,正极材料将向硅酸盐复合材料、层状富锂锰基材料、硫基材料发展;随着锂离子动力电池要求的不断提升,选择性能互补的正极材料进行复合的趋势逐渐明显,如硫/石墨烯复合正极材料、关键点在如何充分发挥各种复合材料的性能优势。

二、锂离子电池负极材料

锂离子动力电池负极材料应具有较高的电导率,能够容纳大量的锂离子且具有良好的稳定性。目前负极材料大多采用石墨结构的碳素材料,一般由碳素材料、粘合剂、添加剂按一定比例混合涂覆在铜箔上经干燥、滚压而制成;此外还有硅基材料、锡基材料、钛酸锂材料等。

目前负极材料主要研究嵌入型、合金化型、转化型;主要研发材料有硬碳、软碳、硅碳;提高工艺成熟度、稳定性和效率;目前研究较多的负极材料有纳米尺度硅及硅合金(主要是解决硅负极材料因体积变化大造成的容量衰减速度快的问题),金属氧化物(氧化铁、氧化钛)替代石墨,通过包覆或控制其材料粒径、形貌,以提高其导电性,合金研究主要是材料的纳米化、多组分复合,碳纳米管、石墨新型负极材料正在研究中,将为锂离子电池的发展带来新的机遇与挑战。

三、锂离子电池电解液材料

电解液在电池的正负两级之间输送离子、传导电流,是电池获得高能量、长寿命和安全性的关键因素之一,必须具有良好的稳定性。锂离子动力电池电解液参与电池内部发生的所有反应,电池系统如果过充、过放、短路、热冲击则会使电池温度升高、电解液燃烧,导致电池起火甚至爆炸,因此,电解液的安全性至关重要,主要是有机溶剂溶解锂盐的溶液,锂盐主要有六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟合砷酸锂(LiAsF6);

四、锂离子电池隔膜材料

隔膜成本约占电池成本的20%,是电池材料的重要组成部分,主要作用是将电池的正、负极隔离,保证电池安全、实现充放电功能,主要要求是绝缘性要好。隔膜作为高分子功能材料,发展前景广阔、附加值高、成本低、效益前景可观

近年来,为降低对传统石化能源的依赖、节能减排减少温室效应的产生,电动汽车的大规模推广和应用成为必然的趋势,因此,提升动力电池总体性能、降低成本在消费者承受范围之内成为各电池厂商竞争的主要目标。随着锂离子动力电池技术瓶颈的不断突破,成本的不断降低,可以预见未来锂离子动力电池将会成为电池技术发展的方向,成为越来越多汽车厂家的追求目标。

 
 
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