鉅大LARGE | 點擊量:898次 | 2018年10月31日
鋰離子電池的正負極材料
負極材料技術含量比較低,一般用石墨做負極,是國內鋰離子電池四大關鍵組件中唯一實現產業(yè)化的材料。
國內企業(yè)在技術含量低的領域,做得頗有成就。
但是,石墨負極材料雖成功商品化,可由于碳作為負極總是存在一些難以克服的弱點,未來肯定要被非碳材料取代。因為石墨在電解液中會形成鈍化膜,該膜雖可傳遞鋰離子,但會引起能量的損耗。而且當電池過充電時,石墨負極表面會析出金屬鋰從而引起電池短路。隨著溫度的升高,嵌鋰狀態(tài)下的石墨負極將首先與電解液發(fā)生放熱反應,有可能會生成易燃氣體,發(fā)生燃燒。所以石墨不是最理想的負極材料,尋找性能更為良好的非碳負極材料是鋰離子電池研究的重要課題。
盡管當前人們廣泛研究了各種非碳負極材料,特別是近年來納米結構的非碳負極材料如錫的復合氧化物、鈦氧化合物及鈦酸鹽類化合物等,受到許多鋰電工作者的關注,但是這些材料還有許多問題沒有解決,仍然無法大量應用,還需要生產路線和工藝的不斷改進。
鋰電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳錳鈷三元材料及磷酸鐵鋰等。其中,磷酸鐵鋰由于具有另外幾種材料所不具備的循環(huán)壽命、安全和材料成本方面的潛在優(yōu)勢,而被業(yè)界看作理想的正極材料。目前存在的問題,一是主要原料電子級碳酸鋰(碳酸鋰含量在99.5%以上)大部分來自進口,二是磷酸鐵鋰生產技術也來自國外。
據了解,電子極碳酸鋰可由鋰礦石或鹽湖中提取出碳酸鋰再提純而來。我國鋰資源居世界第二,但由于技術問題,國內礦石提取碳酸鋰再提純?yōu)殡娮訕O碳酸鋰的產量很低。鹽湖提取電子級碳酸鋰目前還沒有產品問世。所以只能從國外大量進口電子級碳酸鋰。因為進口量大,導致國內企業(yè)基本沒有定價權,完全由國外廠商說了算。
在技術上,我國磷酸鐵鋰發(fā)展本來與國際基本同步,但國內尚未誕生真正的領軍企業(yè),行業(yè)缺乏原始創(chuàng)新技術。目前,國際上在磷酸鐵鋰電池行業(yè)處于領先地位的企業(yè)主要有3家,分別是美國的高博(A123)公司和威能(Valence)公司以及加拿大的佛斯泰克(Phostech)公司。磷酸鐵鋰技術在國外被看特種略性技術,美國、加拿大等政府為此不惜以國家的力量參與技術壁壘的建立。
在磷酸鐵鋰材料領域,有兩大核心技術專利,其中一個是包敷碳技術,另一個是碳熱還原技術。前者由加拿大佛斯泰克公司擁有獨家使用權,并且已經在我國申請專利。后者的專利權由美國高博公司所有,目前尚未在我國申請專利,但是該公司現已在蘇州成立了2家公司,分別負責磷酸鐵鋰材料的生產和電池制造。磷酸鐵鋰電池方面的核心專利被幾家外國公司掌握,外國公司專利轉讓至中國企業(yè)將會面臨高昂的專利許可費,對該產業(yè)構成巨大的潛在威脅。
要想擺脫在產業(yè)鏈中低端、被動的地位,就要從三方面努力:一是通過技術研發(fā)從而加快國內磷酸鐵鋰專利申請。二是圍繞國外企業(yè)的核心專利在外圍進行布局。三是加強電池結構設計、電池組合控制方面的研究。
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