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近距離了解鋰電池(二)

隔膜

隔膜是放置于兩極之間,作為隔離電極的裝置,藉以避免兩極上的活性物質(zhì)直接接觸而造成電池內部的短路。但隔膜仍需能讓帶電離子通過(guò),以形成通路。

隔膜要求:

 

  • 1、離子透過(guò)度大


  • 2、機械性強度適當


  • 3、本身為絕緣體


  • 4、不與電解液及電極發(fā)生反應

 

材質(zhì):?jiǎn)螌覲E(聚乙烯)或者三層復合PP(聚丙烯) +PE+PP

 

厚度:?jiǎn)螌右话銥?.016~0.020mm,三層一般為0.020~0.025mm

 

電解液

 

外殼五金件(鋼殼、鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片、絕緣膠帶)

 

鋰離子電池電芯原材料

 

正極材料

 

正極材料在鋰電池中市場(chǎng)容量大、附加值較高,大約占鋰電池成本30%,毛利率低則15%,高則70%以上。

 

目前已批量應用于鋰電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、鈷鎳錳酸鋰以及磷酸鐵鋰。

 

鎳酸鋰電池可靠性*差(過(guò)充易起火),高溫耐受度低(高溫分解),合成難度高。

鈷酸鋰*早實(shí)現商業(yè)化應用,技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)很成熟,并已廣泛應用在小型低功率的便攜式電子產(chǎn)品上,如手機、筆記本電腦和數碼電子產(chǎn)品等。

 

磷酸鐵鋰作為鋰離子電池用正極材料具有良好的電化學(xué)性能,充放電平臺十分平穩,充放電過(guò)程中結構穩定。同時(shí),該材料無(wú)毒、無(wú)污染、性能好、可在高溫環(huán)境下使用、原材料來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn),是目前電池界競相開(kāi)發(fā)研究的熱點(diǎn)。



負極材料

 

負極材料占鋰電成本比例較低,主要有碳負極材料和非碳負極材料。

 

碳負極材料:被目前商品鋰離子電池廣泛采用。

 

優(yōu)點(diǎn):可靠、循環(huán)壽命較長(cháng),價(jià)格低廉、無(wú)毒。

 

缺點(diǎn):質(zhì)量比能量比較低。

 

非碳負極材料: 按組成分為鋰過(guò)渡金屬氮化物、過(guò)渡金屬氧化物和納米合金材料。

 

優(yōu)點(diǎn):有很高的體積能量密度。

 

缺點(diǎn):循環(huán)穩定性差,不可逆容量較大,制備成本較高,尚未產(chǎn)業(yè)化。

 

負極材料未來(lái)以提高容量和循環(huán)穩定性為目標,將碳材料與各種高容量非碳負極材料復合以開(kāi)發(fā)高容量、非碳復合負極材料。

 

隔膜材料

 

市場(chǎng)化的隔膜材料主要是以聚乙烯(polyethylene,PE)、聚丙烯(polypropylene,PP)為主的聚烯烴(Polyolefin)類(lèi)隔膜,其中PE 產(chǎn)品主要由濕法工藝制得,PP 產(chǎn)品主要由干法工藝制得。

PE產(chǎn)品與PP產(chǎn)品的特征比較:

 

  • 1、PP 相對更耐高溫,PE 相對耐低溫;


  • 2、PP 密度比PE ??;


  • 3、PP 熔點(diǎn)和閉孔溫度比PE高;


  • 4、PP 制品比PE 脆;


  • 5、PE 對環(huán)境應力更敏感。

 

主要的隔膜材料產(chǎn)品有單層PP、單層PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、雙層PP/PE、雙層PP/PP 和三層PP/PE/PP 等,其中前兩類(lèi)產(chǎn)品主要用于3C 小電池領(lǐng)域,后幾類(lèi)產(chǎn)品主要用于動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域。

 

在動(dòng)力鋰電池用隔膜材料產(chǎn)品中,雙層PP/PP 隔膜材料主要由中國企業(yè)生產(chǎn),在中國大陸使用,這主要是因為目前階段還沒(méi)有中國企業(yè)能將PP 與PE 制成雙層復合膜的技術(shù)和能力。而全球汽車(chē)動(dòng)力鋰電池使用的隔膜以三層PP/PE/PP、雙層PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料產(chǎn)品為主。與此同時(shí),其他一些新型隔膜材料產(chǎn)品也在不斷涌現并開(kāi)始實(shí)現應用,不過(guò),因量少價(jià)高,主要還是用在動(dòng)力鋰電池制造領(lǐng)域。這些產(chǎn)品主要有:涂層處理的聚酯膜(PET,Polyethylene Terephthalate)、纖維素膜、聚酰亞胺膜(PI)、聚酰胺膜(PA),氨綸或芳綸膜等等。這些隔膜的優(yōu)點(diǎn)是耐高溫,且具有低溫輸出、充電循環(huán)壽命長(cháng)、機械強度適中的特點(diǎn)??偟膩?lái)看,鋰電池隔膜材料產(chǎn)品呈現出明顯的多樣化發(fā)展趨勢。

 

電解液

 

鋰離子電池電解液材料重點(diǎn)在于高可靠性、高環(huán)境適應性,主要發(fā)展將集中在:新型溶劑(工作溫度范圍拓寬)、離子液體、新型鋰鹽(提高環(huán)境適應性)、添加劑(阻燃、氧化還原穿梭、保護正負極成膜等)等方面,與新型正、負極材料相匹配,提高可靠性、功率和容量,*終方便地應用于電動(dòng)車(chē)、儲能、航天以及更廣泛的領(lǐng)域。



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