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锂电池的四种关键材料

时间:2022-08-17     【转载】

  从锂电池的成本构成看,正极、负极、电解液和隔膜为四大关键原材料,在成本中的占比远高于束线、连接器以及导电剂等其它材料——这与锂电池基本工作原理一致。


正极材料


  当前,正极材料是锂电池的核心材料,是决定电池性能的关键因素,对产品较终的能量密度、电压、使用寿命以及安全性等有着直接影响,也是锂电池中成本较高的部分。正因此,锂电池往往用正极材料命名,如三元电池,就是使用三元材料做正极的锂电池。


  不同正极材料差距明显,适用领域也不一样。常见的正极材料可以分为钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)和三元材料(NCM)。


负极材料


  锂电池负极材料由活性物质、粘结剂和添加剂制成糊状胶合剂后,涂抹在铜箔两侧,经过干燥、滚压制得,作用是储存和释放能量,主要影响锂电池的循环性能等指标。


  负极材料按照所用活性物质,可分为碳材和非碳材两大类:碳系材料包括石墨材料(天然石墨、人造石墨以及中间相碳位球)与其它碳系(硬碳、软碳和石墨烯)两条路线;非碳系材料可细分为钛基材料、硅基材料、锡基材料、氮化物和金属锂等。


电解液


  电解液在锂电池中,主要作为离子迁移的载体,保证离子在正负极之间的传输。其对电池安全性、循环寿命、充放电倍率、高低温性能、能量密度等性能指标都有一定影响。


  电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐和添加剂等原料按一定比例配制构成。按质量划分,溶剂质量占比 80%~90%,锂盐占比10%~15%,添加剂占比在5%左右;按成本划分,锂盐占比约40%~50%, 溶剂占比约30%、添加剂占比约10%~30%。


隔膜


  锂电池隔膜是正负极之间的一层薄膜,在锂电池进行电解反应时,可用来分隔正极和负极防止发生短路。隔膜浸润在电解液中,表面有大量允许锂离子通过的微孔,微孔的材料、数量和厚度会影响锂离子穿过隔膜的速度,进而影响电池的放电倍率、循环寿命等指标。


  聚烯烃是当前通用的锂电池隔膜材料,可为锂电池隔膜提供良好的机械性和化学稳定性,进一步细分则有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、复合材料三大类。隔膜材料的选择与正极材料有关,目前聚乙烯主要应用于三元锂电池,聚丙烯则主要应用于磷酸铁锂电池。


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