国家对电池的要求是到2020年要达到300瓦时/公斤。所以,提高锂离子电池的能量密度是未来电池的发展趋势,电解液未来发展趋势也是配合电池,提高能量密度、安全性、满足一致性。
预计2020年锂离子电池电解液需求量30.35万吨,市场空间将达112亿元。为了满足锂离子电池产业未来发展的要,必须开发出高安全性、高环境适应性的动力锂电池电解液材料。重要应从电解液的溶剂、溶质和添加剂的选择上进行考量:
(1)尽量选择工作温度范围宽的溶剂,溶剂的熔点最好能在-40℃以下,沸点最好在150℃以上或更高,电化学窗口宽的溶剂能更好地防止在荷电状态下的电解液的氧化还原反应,同时可以提高电池的循环稳定性。比如可以考虑使用离子液体、新型溶剂、多组分溶剂等,从而解决动力锂电池的安全性和环境适应性。
(2)选择合适的溶质,提高锂离子电池的环境适应性。目前通常所用的LiPF6分解温度低,从60℃开始就有少量分解,在较高温度或恶劣的环境下,分解的比例大大新增,出现HF(氢氟酸)等游离酸,从而使电解液酸化,最终导致电极材料的损坏以及电池性能的急剧恶化。
(3)可以考虑添加适量的阻燃添加剂、氧化还原穿梭添加剂、保护正负极成膜添加剂等。采用阻燃添加剂可以确保电池内部热失控时,电解液不会燃烧起火,使电池安全性得以保证。
锂离子电池电解液是电池中离子传输的载体。一般由锂盐和有机溶剂组成。电解液在锂离子电池正、负极之间起到传导离子的用途,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料,在一定条件下、按一定比例配制而成的。电解液作为锂离子电池的血液,承担着运输锂离子的重任,它质量的好坏,将直接影响锂离子电池的性能,同时也在一定程度上影响锂离子电池的安全性。
电解液是锂离子电池正负极之间起传导用途的离子导体,由电解质锂盐、高纯度的有机溶剂和必要的添加剂等原料以一定的比例配成,在电池的能量密度、功率密度、宽温应用、循环寿命、安全性能等方面扮演着至关重要的角色。
近年来,全球锂离子电池电解液产业发展平稳,市场重要集中于日本宇部公司和韩国ECOPRO株式会社,两家公司大约占全球市场份额的50%。排在其后的公司依次为:三菱化学、富山化学、三井化学、岸田化学、张家港国泰荣华及其他公司。国产电解液是从2002年进入市场逐步取代进口产品的,通过不断改进和提高,产品质量已达到国际先进水平。目前国内电池生产商电解液配套已基本实现国产化,只有少部分使用进口电解液。
经过多年来持续的工艺改进和技术积累,我国锂离子电池电解液产品不仅从产量上持续上升而且产品质量已经达到国际先进水平。近几年来,我国电解液市场的销量可谓是上升迅速,从2011年的1.68万吨,上升到2016年的8.88万吨,年复合上升率达到39.51%。
从近几年国内电解液的销量以及需求量测算来看,我国电解液生产公司已经不仅能够满足国内锂离子电池公司需求,而且正在不断加快开拓国际市场。但关于国内电解液市场来讲,目前来看行业的总供给量远远大于行业需求量,因此预计未来几年国内锂离子电池电解液市场将呈现供过于求的行业趋势。
总而言之,锂离子电池电解液在未来的发展趋势将是从现阶段的有机液态电解质逐步向固态电解质过渡,期间也会有各种其他体系的电解质出现。电解质的研发不仅要综合考虑其电化学性质、热力学性质、动力学性质等,同时也要考虑与相应匹配的正负极材料的兼容性问题以及电池的具体应用条件来进行综合设计,从而取得各个性能指标的综合整体提升。锂离子电池整体性能的提升是一个综合性工程,要各组成部分的协同进步。