鉅大LARGE | 點擊量：1512次 | 2021年07月17日
將來10大最具潛力的鋰離子電池新材料？
鋰離子電池的發(fā)展正處于一個瓶頸期，能量密度已經(jīng)接近其物理極限。我們要新的材料或者技術(shù)去實現(xiàn)鋰離子電池的沖破，以下幾種電池材料被業(yè)內(nèi)人士一直看好，或?qū)⒊蔀榇蚱其囯x子電池障礙的沖破口。
1、硅碳復(fù)合負(fù)極材料
數(shù)碼終端產(chǎn)品的大屏幕化、功能多樣化后，對電池的續(xù)航提出了新的要求。當(dāng)前鋰電材料克容量較低，不能滿足終端對電池日益上升的需求。
硅碳復(fù)合材料作為將來負(fù)極材料的一種，其理論克容量約為4200mAh/g以上,比石墨類負(fù)極的372mAh/g高出了10倍有余，其產(chǎn)業(yè)化后，將大大提升電池的容量。今朝硅碳復(fù)合材料存在的重要問題有：
充放電過程中，體積膨脹可達300%，這會導(dǎo)致硅材料顆粒粉化，造成材料容量損失。同時吸液能力差。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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%
循環(huán)壽命差。目前正在通過硅粉納米化，硅碳包覆、摻雜等手段處理以上問題，且部分公司已經(jīng)取得了一定進展。
相關(guān)研發(fā)公司：目前各大材料廠商紛紛在研發(fā)硅碳復(fù)合材料，如bTR、斯諾、星城石墨、湖州創(chuàng)亞、上海杉杉、華為、三星等。國內(nèi)負(fù)極材料公司研發(fā)硅基材料的情況是：大部分材料商都還處于研發(fā)階段，目前惟有上海杉杉已進入中試量產(chǎn)階段。
2、鈦酸鋰
近年來，國內(nèi)對鈦酸鋰的研發(fā)熱情較高，鈦酸鋰的優(yōu)點重要有：
循環(huán)壽命長(可達10000次以上)，屬于零應(yīng)變材料(體積變化小于1%)，不生成傳統(tǒng)意義的SEI膜;
安全性高。其插鋰電位高，不生成枝晶，且在充放電時，熱穩(wěn)定性極高;
可快速充電。
目前限制鈦酸鋰使用的重要因素是價格太高，高于傳統(tǒng)石墨，另外鈦酸鋰的克容量很低，為170mAh/g左右。惟有通過改善加工工藝，降低制作成本后，鈦酸鋰的長循環(huán)壽命、快充等優(yōu)點才能發(fā)揮用途。結(jié)合市場及技術(shù)，鈦酸鋰比較適合用于對空間沒有要求的大巴和儲能范疇。
相關(guān)研發(fā)公司：珠海銀隆、四川興能、湖州微宏動力有限公司、深圳貝特瑞新能源材料股份有限公司、湖南杉杉新材料有限公司以及安徽和深圳周邊的多家規(guī)模較小的鈦酸鋰加廠家。
3、石墨烯
石墨烯自2010年獲得諾獎以來，廣受全球關(guān)注，特別在我國。國內(nèi)掀起了一股石墨烯研發(fā)熱潮，其具諸多優(yōu)良性能，如透光性好，導(dǎo)電性能優(yōu)異、導(dǎo)熱性較高，機械強度高。石墨烯在鋰離子電池中的潛在使用有：
作負(fù)極材料。石墨烯的克容量較高，可逆容量約700mAh/g,高于石墨類負(fù)極的容量。另外，石墨烯良好的導(dǎo)熱性能確保其在電池體系中的穩(wěn)定性，且石墨烯片層間距大于石墨，使鋰離子在石墨烯片層間擴散通暢，有利于提高電池功率性能。由于石墨烯的加工工藝不成熟，結(jié)構(gòu)欠穩(wěn)定，導(dǎo)致石墨烯作為負(fù)極材料仍存在一定問題，如首次放電效率較低，約65%;循環(huán)性能較差;價格較高，分明高于傳統(tǒng)石墨負(fù)極。
作為正負(fù)極添加劑，可提高鋰離子電池的穩(wěn)定性、延長循環(huán)壽命、新增內(nèi)部導(dǎo)電性能。
鑒于石墨烯當(dāng)前的批量加工工藝不成熟、價格高昂、性能不穩(wěn)定，石墨烯將率先作為正負(fù)極添加劑在鋰離子電池中使用。
相關(guān)研發(fā)公司：珈偉股份，東旭光電，青島昊鑫新能源，廈門凱納等
4、碳納米管
碳納米管是一種石墨化結(jié)構(gòu)的碳材料，自身具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，同時由于其脫嵌鋰時深度小、行程短，作為負(fù)極材料在大倍率充放電時極化用途較小，可提高電池的大倍率充放電性能。
缺點：碳納米管筆直作為鋰離子電池負(fù)極材料時，會存在不可逆容量高、電壓滯后及放電平臺不分明等問題。如Ng等采用簡單的過濾制備了單壁碳納米管，將其筆直作為負(fù)極材料，其首次放電容量為1700mAh/g，可逆容量僅為400mAh/g。
碳納米管在負(fù)極中的另一個使用是與其他負(fù)極材料(石墨類、鈦酸鋰、錫基、硅基等)復(fù)合，利用其神奇的中空結(jié)構(gòu)、高導(dǎo)電性及大比表面積等優(yōu)勢作為載體改善其他負(fù)極材料的電性能。
相關(guān)研發(fā)公司：天奈科技、納米港等
5、富鋰錳基正極材料
高容量是鋰離子電池的發(fā)展方向之一，但當(dāng)前的正極材料中磷酸鐵鋰的能量密度為580Wh/kg,鎳鈷錳酸鋰的能量密度為750Wh/kg，都偏低。富鋰錳基的理論能量密度可達到900Wh/kg，成為研發(fā)熱點。
富鋰錳基作為正極材料的優(yōu)點有：1、能量密度高;2、重要原材料豐富。由于開發(fā)時間較短，目前富鋰錳基存在一系列問題：1、首次放電效率很低;2、材料在循環(huán)過程析氧，帶來安全隱患;3、循環(huán)壽命很差;4、倍率性能偏低。
目前處理這些問題的手段有包覆、酸解決、摻雜、預(yù)循環(huán)、熱解決等。富鋰錳基雖然克容量優(yōu)點分明，潛力巨大，但限于技術(shù)進展較慢，其大批量上市還需時間。
