三元锂电池隔膜性能分析

2019-06-20      1462 次浏览

隔膜在单体电池上主要用来隔开正负极,让电解液能够通过隔膜在正负极之间交换物质。受制于电池体积所限,以及提高电池能量密度的要求,动力电池隔膜需要尽量轻、薄。隔膜性能决定了电池内部结构、内阻等,直接影响电池容量、安全性能等。优质隔膜对提升电池性能作用巨大。

隔膜技术有干法与湿法两种制造工艺,干法成本较低但只适合小功率电池,湿法成本高但能适合大功率电池。早期,动力电池主要采用干法隔膜,目前湿法隔膜开始推广使用,预计2020年干湿法薄膜技术各占一半,分别应用于中低端与高端领域。隔膜工艺的核心技术掌握在日本旭化成公司手中。中国有大量企业生产隔膜,但无核心技术。旭化成干法现在可量产12微米隔膜,湿法可量产6-7微米。国内企业大多只能生产干法20-40微米隔膜。对比与隔膜行业世界一流水平企业的差距,我国企业应该引进先进工艺设备,苦练内功,力争取得突破。

正极材料是动力电池能量的短板,只要正极材料比容量提高就能提高电池能量密度。正极材料的比容量一般为100-200mAh/g,而石墨负极材料的比容量高达400mAh/g。采用高容量的正极材料,能够让负极、隔膜、电解液用量之间的搭配更加完美,电池最终能量密度的提升直接取决于正极材料比容量的提升。动力电池能量密度突破的关键就在于正极材料。

目前国内NCM111和NCM523型三元正极材料产品已经量产,并开始大规模使用,而新型622NCM则已逐步在部分动力电池企业中推广,未来将逐步拓展至811NCM以及NCA材料。当然三元锂电池也有自己的瓶颈,它的正极理论比容量的最大值是300mAh/g,达到300mAh/g就已经是极限。三元锂电池是目前动力电池厂商主攻的方向,未来将有新型的正极材料系统。

动力电池的负极材料主要是硅碳负极,即在石墨材料加入硅,其理论能量密度高达4200mAh/g。例如,特斯拉在Model3中采用了新型硅碳负极材料,特斯拉在传统石墨负极材料中加入10%的硅,使其能量密度达到550mAh/g以上。国内贝特瑞公司研发的S1000型号硅碳负极材料的比容量更是高达1050mAh/g。负极材料目前没有技术瓶颈,完全能满足动力电池的各种需求。

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