鉅大LARGE | 點擊量:890次 | 2018年10月31日
鋰離子電池的正負(fù)極材料
負(fù)極材料技術(shù)含量比較低,一般用石墨做負(fù)極,是國內(nèi)鋰離子電池四大關(guān)鍵組件中唯一實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的材料。
國內(nèi)企業(yè)在技術(shù)含量低的領(lǐng)域,做得頗有成就。
但是,石墨負(fù)極材料雖成功商品化,可由于碳作為負(fù)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(dāng)電池過充電時,石墨負(fù)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(fù)極將首先與電解液發(fā)生放熱反應(yīng),有可能會生成易燃?xì)怏w,發(fā)生燃燒。所以石墨不是最理想的負(fù)極材料,尋找性能更為良好的非碳負(fù)極材料是鋰離子電池研究的重要課題。
盡管當(dāng)前人們廣泛研究了各種非碳負(fù)極材料,特別是近年來納米結(jié)構(gòu)的非碳負(fù)極材料如錫的復(fù)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(guān)注,但是這些材料還有許多問題沒有解決,仍然無法大量應(yīng)用,還需要生產(chǎn)路線和工藝的不斷改進(jìn)。
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(jìn)口,二是磷酸鐵鋰生產(chǎn)技術(shù)也來自國外。
據(jù)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(shù)問題,國內(nèi)礦石提取碳酸鋰再提純?yōu)殡娮訕O碳酸鋰的產(chǎn)量很低。鹽湖提取電子級碳酸鋰目前還沒有產(chǎn)品問世。所以只能從國外大量進(jìn)口電子級碳酸鋰。因為進(jìn)口量大,導(dǎo)致國內(nèi)企業(yè)基本沒有定價權(quán),完全由國外廠商說了算。
在技術(shù)上,我國磷酸鐵鋰發(fā)展本來與國際基本同步,但國內(nèi)尚未誕生真正的領(lǐng)軍企業(yè),行業(yè)缺乏原始創(chuàng)新技術(shù)。目前,國際上在磷酸鐵鋰電池行業(yè)處于領(lǐng)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(shù)在國外被看特種略性技術(shù),美國、加拿大等政府為此不惜以國家的力量參與技術(shù)壁壘的建立。
在磷酸鐵鋰材料領(lǐng)域,有兩大核心技術(shù)專利,其中一個是包敷碳技術(shù),另一個是碳熱還原技術(shù)。前者由加拿大佛斯泰克公司擁有獨家使用權(quán),并且已經(jīng)在我國申請專利。后者的專利權(quán)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(xiàn)已在蘇州成立了2家公司,分別負(fù)責(zé)磷酸鐵鋰材料的生產(chǎn)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(zhuǎn)讓至中國企業(yè)將會面臨高昂的專利許可費,對該產(chǎn)業(yè)構(gòu)成巨大的潛在威脅。
要想擺脫在產(chǎn)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(shù)研發(fā)從而加快國內(nèi)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(jìn)行布局。三是加強電池結(jié)構(gòu)設(shè)計、電池組合控制方面的研究。
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