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鋰離子電池電解液發(fā)展現(xiàn)狀是怎么樣的

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:822次  |  2020年11月18日  

為了滿足鋰離子電池產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的要,必須開發(fā)出高安全性、高環(huán)境適應(yīng)性更高的電解液材料。重要應(yīng)從電解液的溶劑、溶質(zhì)和添加劑的選擇上進(jìn)行考量:


(1)盡量選擇工作溫度范圍寬的溶劑,溶劑的熔點(diǎn)最好能在-40℃以下,沸點(diǎn)最好在150℃


以上或更高,電化學(xué)窗口寬的溶劑能更好地防止在荷電狀態(tài)下的電解液的氧化還原反應(yīng),同時(shí)可以提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。比如可以考慮使用離子液體、新型溶劑、多組分溶劑等,從而解決電池的安全性和環(huán)境適應(yīng)性。


(2)選擇合適的溶質(zhì),提高電池的環(huán)境適應(yīng)性。目前通常所用的LiPF6(鋰六氟磷酸鹽)分解溫度低,從60℃開始就有少量分解,在較高溫度或惡劣的環(huán)境下,分解的比例大大新增,出現(xiàn)HF(氫氟酸)等游離酸,從而使電解液酸化,最終導(dǎo)致電極材料的損壞以及電池性能的急劇惡化。


(3)可以考慮添加適量的阻燃添加劑、氧化還原穿梭添加劑、保護(hù)正負(fù)極成膜添加劑等。采用阻燃添加劑可以確保電池內(nèi)部熱失控時(shí),電解液不會(huì)燃燒起火,使電池安全性得以保證。采用氧化還原穿梭添加劑的用途是,防止當(dāng)電池尤其是動(dòng)力鋰電池組由于在使用過程中出現(xiàn)異常的狀況,單體電池會(huì)經(jīng)常性過充或過放,從而導(dǎo)致電池性能的迅速惡化,進(jìn)而影響整組電池的性能和使用,甚至帶來安全隱患的發(fā)生。采用正負(fù)極成膜添加劑的用途是可以有效地保護(hù)正負(fù)極材料在充電狀態(tài)下與電解液的接觸反應(yīng),通過成膜的形式,將高度活性的正負(fù)極與電解液隔離開來,從而防止電解液在電極表面的反應(yīng)。


電解液重要原材料為六氟磷酸鋰,占電解液成本的50%左右,其生產(chǎn)成本為10萬(wàn)元/噸,售價(jià)為40萬(wàn)元/噸,毛利率高達(dá)75%。六氟磷酸鋰合成難度較高,整個(gè)生產(chǎn)過程涉及高溫、低溫、真空、高壓、腐蝕性強(qiáng)、易燃易爆和劇毒化學(xué)品,對(duì)設(shè)備和人員要求高、工藝難度極大。森田化工在張家港的建設(shè)年產(chǎn)300噸六氟磷酸鋰的廠,照搬日本廠的成熟設(shè)備和工藝,仍然歷時(shí)3年才穩(wěn)定達(dá)產(chǎn),可見工藝難度之高。


難點(diǎn)在于雜質(zhì)控制。電解液對(duì)六氟磷酸鋰的純度要求極高,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求水分小于30ppm,游離酸小于10ppm。由于六氟磷酸鋰本身具有吸潮性,因此高純?cè)系墨@取和生產(chǎn)過程中雜質(zhì)控制和產(chǎn)品提純都是關(guān)鍵因素。較高的技術(shù)門檻,導(dǎo)致極高的市場(chǎng)集中度,市場(chǎng)重要被關(guān)東電化學(xué)工業(yè)、STELLA、森田化學(xué)等幾家日本公司壟斷。


國(guó)內(nèi)目前僅有天津金牛能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),產(chǎn)量約80噸,產(chǎn)品全部自用不對(duì)外銷售。江蘇國(guó)泰和多氟多正在進(jìn)行中試生產(chǎn)。


發(fā)展趨勢(shì):長(zhǎng)期看,新電解質(zhì)體系的開發(fā)將是大勢(shì)所趨。六氟磷酸鋰材料的熱穩(wěn)定性較差,從60℃開始就有少量分解,在較高溫度或惡劣的環(huán)境下,分解的比例大大新增,出現(xiàn)氫氟酸等游離酸,會(huì)使電解液酸化,最終導(dǎo)致電極材料的損壞以及電池性能的急劇惡化。同時(shí)六氟磷酸鋰易潮解,而水分是電解液的大敵。近些年,草酸硼酸鋰鹽在電解液中的應(yīng)用逐漸引起關(guān)注。用草酸硼酸鋰鹽配制成的電解液有抗過充、阻燃等功能,形成的SEI膜非常穩(wěn)定,滿足動(dòng)力鋰電池高安全性的要求。更長(zhǎng)遠(yuǎn)看,聚合物鋰離子電池可能成為鋰離子電池未來的發(fā)展方向。由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì),與液態(tài)鋰離子電池相比,聚合物鋰離子電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點(diǎn),也不會(huì)出現(xiàn)漏液與燃燒爆炸等安全上的問題,因此外殼材質(zhì)可以更輕,從而可以提高整個(gè)電池的比容量。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比普通鋰離子電池有所提高。


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