鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1325次 | 2021年03月02日
溶劑:多元碳酸酯類體系為主,迎接固態(tài)/凝膠化革新
溶劑占比電解液成本約30%,占比質(zhì)量約80%。由于鋰電池中負(fù)極使用高還原性材料,正極使用高氧化性材料,因此溶劑需要極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑。此外,溶劑還需要有較高的介電常數(shù)、較低的粘度、較高的電化學(xué)穩(wěn)定性、低成本等特性。
碳酸酯類為當(dāng)下主要電解液溶劑主要產(chǎn)品。鋰電池電解液溶劑主要為醚和酯兩類,其中醚類溶劑雖然粘度低、導(dǎo)電性好,但其電化學(xué)穩(wěn)定性較弱,所占比例極小,目前主要使用的溶劑主要以碳酸酯類為代表,包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丙烯酯(PC)等。
溶劑需進(jìn)行多元復(fù)配以提升電池性能。由于單一溶劑體系不能滿足電解液的性能要求,因此實(shí)際生產(chǎn)中通常將環(huán)狀碳酸酯(EC、PC)和鏈狀碳酸酯(DMC、DEC、EMC)按一定比例進(jìn)行混合形成多元溶劑體系,從而與電池正負(fù)極進(jìn)行更好的相容,提升電池性能。具體來(lái)看,不同電解液的使用條件、與電池正負(fù)極的相容性、分解電壓也不同。以三元體系EC+DMC+EMC、EC+DMC+DEC等為例,其循環(huán)壽命、低溫性能和安全性能方面更具優(yōu)勢(shì);主流的LiPF6/EC+DMC二元體系與碳負(fù)極相容性好、使用溫度范圍廣、安全指數(shù)高、循環(huán)壽命和放點(diǎn)特性較好。當(dāng)前主流電解液溶劑為電池級(jí)DMC,其由工業(yè)級(jí)DMC精餾得來(lái),產(chǎn)品純度要求高、工藝難度較大、客戶驗(yàn)證周期長(zhǎng),導(dǎo)致現(xiàn)階段產(chǎn)能較為緊缺。當(dāng)前國(guó)內(nèi)電解液溶劑DMC龍頭企業(yè)為石大勝華。2020年Q2以來(lái),由于短期內(nèi)供給緊張,DMC價(jià)格一度大幅上漲至近十年新高。當(dāng)前國(guó)內(nèi)華魯恒升、奧克股份等廠家也通過(guò)研發(fā)突破布局切入電池級(jí)溶劑DMC領(lǐng)域。
4.4、添加劑改善電池性能,差異化配方與產(chǎn)品質(zhì)量已成核心競(jìng)爭(zhēng)力
添加劑含量雖少,但是電池性能的重要影響因素。在鋰電池中,電解液的作用除了實(shí)現(xiàn)鋰離子的傳輸外,也需要對(duì)電池的安全性、循環(huán)壽命等性能進(jìn)行改善,其中加入合適的添加劑是主要的途徑。而添加劑因用量少(質(zhì)量占比約5%)、成本低(成本占比約10%)又能顯著提高電池的某些宏觀性能,受到企業(yè)的較高關(guān)注。溶質(zhì)、溶劑和添加劑的差異化配方與產(chǎn)品質(zhì)量為企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。電解液中溶質(zhì)和溶劑具有較高的趨同性,而溶質(zhì)、溶劑和添加劑的三者的差異化配方則成為了電解液廠商核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。另一方面,鋰電池電解液添加劑種類眾多,包括SEI成膜添加劑、導(dǎo)電添加劑、阻燃添加劑、過(guò)充保護(hù)添加劑等。目前市場(chǎng)上常用添加劑應(yīng)用較為廣泛,產(chǎn)品制備工藝相對(duì)公開,但是電解液添加劑對(duì)產(chǎn)品純度的要求較高,因此廠商的提純工藝和品質(zhì)管控能力亦為核心競(jìng)爭(zhēng)力。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
4.5、固態(tài)電解質(zhì)性能出色優(yōu)點(diǎn)多,但產(chǎn)業(yè)化仍有距離
傳統(tǒng)液態(tài)電池性能,理論上固態(tài)電解質(zhì)優(yōu)勢(shì)明顯,是未來(lái)突破方向。傳統(tǒng)液態(tài)電池由于使用有機(jī)碳酸酯類作為溶劑,具有高活性、易燃燒等特性,而在充電過(guò)充、過(guò)熱和短路時(shí)極易發(fā)生自燃和爆炸。目前固態(tài)電池已經(jīng)被公認(rèn)為是發(fā)展下一代高安全、高比能量的鋰(離子)電池的關(guān)鍵技術(shù)。相比于液態(tài)電解質(zhì),固態(tài)電解具有良好的安全性、優(yōu)異的靈活性和可加工性,還可使電池具有更高的能量密度、更好的安全性能;此外,固態(tài)電解質(zhì)可實(shí)現(xiàn)隔膜與電解液一體化,降低成本。從固態(tài)電池的發(fā)展路線來(lái)看,從傳統(tǒng)液態(tài)電池到最終全固態(tài)電池的發(fā)展可以分為五大階段:
(1)傳統(tǒng)液態(tài)電池:只含有液體電解質(zhì)的鋰電池;
(2)凝膠態(tài)電池:電芯中液態(tài)電解質(zhì)以凝膠電解質(zhì)形式存在,實(shí)際仍屬于液態(tài)電池范疇;
(3)半固態(tài)電池:一半是固體電解質(zhì),另一半是液體電解質(zhì);或者一端電極是全固態(tài),另一端電極中含有液體;
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
(4)準(zhǔn)固態(tài)電池:電芯中含有固體電解質(zhì)和液體電解質(zhì),液體電解質(zhì)比例小于固體電解質(zhì);
(5)全固態(tài)電池:電芯由固態(tài)電極和固態(tài)電解質(zhì)材料構(gòu)成,在工作溫度范圍內(nèi),不含有任何液體電解質(zhì)。
固態(tài)電池體系中,隔膜將被取消,電解質(zhì)可分三大體系。按照材料的不同,固態(tài)電解質(zhì)可分為聚合物、氧化物、硫化物三種體系,其中氧化物體系和硫化物體系為無(wú)機(jī)電解質(zhì)體系。聚合物體系為目前技術(shù)較成熟的體系,但仍存在離子電導(dǎo)率較低的問(wèn)題;氧化物體系和硫化物體系技術(shù)難度較高,技術(shù)成熟度相對(duì)較低。
正負(fù)極方面,全固態(tài)鋰電池的正極材料與負(fù)極材料與傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池基本相同。正極材料由電極活性物質(zhì)、固體電解質(zhì)和導(dǎo)電劑組成,其中活性材料發(fā)展與當(dāng)下正極材料高鎳化、無(wú)鈷化等路線基本一致。負(fù)極材料的研發(fā)突破目前主要集中在金屬鋰負(fù)極、碳族負(fù)極和氧化物負(fù)極三大類,其中金屬鋰負(fù)極因其高容量和低電位的優(yōu)點(diǎn)是最為理想的全固態(tài)鋰電池負(fù)極材料之一。
固態(tài)電池當(dāng)前仍有較多技術(shù)難題,產(chǎn)業(yè)化仍需等待。為應(yīng)對(duì)新能源汽車越來(lái)越急切的高性能需求,各國(guó)都已經(jīng)開始布局高能量密度鋰電池。在各國(guó)政策的引領(lǐng)下,包括企業(yè)、高校、科研院所在內(nèi)的眾多機(jī)構(gòu)都致力于實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化。以目前的技術(shù)進(jìn)展來(lái)看,固態(tài)電池仍存在離子電導(dǎo)率低、界面阻抗大、制作成本高等眾多問(wèn)題,因此我們認(rèn)為短期內(nèi)固態(tài)電池對(duì)于電解液和隔膜等電池材料的沖擊相對(duì)有限,產(chǎn)業(yè)化仍需等待。