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近距离了解锂电池(二)

隔膜

隔膜是放置于两极之间,作为隔离电极的装置,藉以避免两极上的活性物质直接接触而造成电池内部的短路。但隔膜仍需能让带电离子通过,以形成通路。

隔膜要求:

 

  • 1、离子透过度大


  • 2、机械性强度适当


  • 3、本身为绝缘体


  • 4、不与电解液及电极发生反应

 

材质:单层PE(聚乙烯)或者三层复合PP(聚丙烯) +PE+PP

 

厚度:单层一般为0.016~0.020mm,三层一般为0.020~0.025mm

 

电解液

 

外壳五金件(钢壳、铝壳、盖板、极耳、绝缘片、绝缘胶带)

 

锂离子电池电芯原材料

 

正极材料

 

正极材料在锂电池中市场容量大、附加值较高,大约占锂电池成本30%,毛利率低则15%,高则70%以上。

 

目前已批量应用于锂电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钴镍锰酸锂以及磷酸铁锂。

 

镍酸锂电池可靠性最差(过充易起火),高温耐受度低(高温分解),合成难度高。

钴酸锂蕞早实现商业化应用,技术发展至今已经很成熟,并已广泛应用在小型低功率的便携式电子产品上,如手机、笔记本电脑和数码电子产品等。

 

磷酸铁锂作为锂离子电池用正极材料具有良好的电化学性能,充放电平台十分平稳,充放电过程中结构稳定。同时,该材料无毒、无污染、性能好、可在高温环境下使用、原材料来源广泛等优点,是目前电池界竞相开发研究的热点。



负极材料

 

负极材料占锂电成本比例较低,主要有碳负极材料和非碳负极材料。

 

碳负极材料:被目前商品锂离子电池广泛采用。

 

优点:可靠、循环寿命较长,价格低廉、无毒。

 

缺点:质量比能量比较低。

 

非碳负极材料: 按组成分为锂过渡金属氮化物、过渡金属氧化物和纳米合金材料。

 

优点:有很高的体积能量密度。

 

缺点:循环稳定性差,不可逆容量较大,制备成本较高,尚未产业化。

 

负极材料未来以提高容量和循环稳定性为目标,将碳材料与各种高容量非碳负极材料复合以开发高容量、非碳复合负极材料。

 

隔膜材料

 

市场化的隔膜材料主要是以聚乙烯(polyethylene,PE)、聚丙烯(polypropylene,PP)为主的聚烯烃(Polyolefin)类隔膜,其中PE 产品主要由湿法工艺制得,PP 产品主要由干法工艺制得。

PE产品与PP产品的特征比较:

 

  • 1、PP 相对更耐高温,PE 相对耐低温;


  • 2、PP 密度比PE 。


  • 3、PP 熔点和闭孔温度比PE高;


  • 4、PP 制品比PE 脆;


  • 5、PE 对环境应力更敏感。

 

主要的隔膜材料产品有单层PP、单层PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、双层PP/PE、双层PP/PP 和三层PP/PE/PP 等,其中前两类产品主要用于3C 小电池领域,后几类产品主要用于动力锂电池领域。

 

在动力锂电池用隔膜材料产品中,双层PP/PP 隔膜材料主要由中国企业生产,在中国大陆使用,这主要是因为目前阶段还没有中国企业能将PP 与PE 制成双层复合膜的技术和能力。而全球汽车动力锂电池使用的隔膜以三层PP/PE/PP、双层PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料产品为主。与此同时,其他一些新型隔膜材料产品也在不断涌现并开始实现应用,不过,因量少价高,主要还是用在动力锂电池制造领域。这些产品主要有:涂层处理的聚酯膜(PET,Polyethylene Terephthalate)、纤维素膜、聚酰亚胺膜(PI)、聚酰胺膜(PA),氨纶或芳纶膜等等。这些隔膜的优点是耐高温,且具有低温输出、充电循环寿命长、机械强度适中的特点。总的来看,锂电池隔膜材料产品呈现出明显的多样化发展趋势。

 

电解液

 

锂离子电池电解液材料重点在于高可靠性、高环境适应性,主要发展将集中在:新型溶剂(工作温度范围拓宽)、离子液体、新型锂盐(提高环境适应性)、添加剂(阻燃、氧化还原穿梭、保护正负极成膜等)等方面,与新型正、负极材料相匹配,提高可靠性、功率和容量,蕞终方便地应用于电动车、储能、航天以及更广泛的领域。