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國(guó)泰華榮化工新材料甘朝倫:下一代電解液/質(zhì)研發(fā)方向是提升電池材料體系的安全性
發(fā)布時(shí)間:2021-03-22 17:04:00
關(guān)鍵詞:電解液


撰稿丨采編部

編輯丨麥 子

美編丨CBEA獨(dú)耀



為滿足車(chē)用續(xù)航、充電、循環(huán)、安全等性能需求,動(dòng)力電池能量密度正向300Wh/kg邁進(jìn),接下來(lái)5到10年還會(huì)向400Wh/kg、500Wh/kg甚至更高層次邁進(jìn)。作為電池材料的四大主材之一,電解液的技術(shù)研發(fā)和布局也正積極推進(jìn)。


▲圖為張家港市國(guó)泰華榮化工新材料有限公司副總經(jīng)理甘朝倫發(fā)表主題演講 

 

日前,“第二屆新能源汽車(chē)及動(dòng)力電池(CIBF2021深圳)國(guó)際交流會(huì)”在深圳舉行,在風(fēng)帆有限責(zé)任公司冠名的“軟包電池核心材料及先進(jìn)技術(shù)突破”專(zhuān)場(chǎng)論壇上,張家港市國(guó)泰華榮化工新材料有限公司副總經(jīng)理甘朝倫在“下一代電解液技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用”的主題演講中,詳細(xì)分析介紹了公司在高鎳NCM/硅負(fù)極電解液、固態(tài)電解質(zhì)、鋰硫電池電解液等下一代電池電解液/電解質(zhì)技術(shù)研發(fā)上的布局與研發(fā)進(jìn)展。

 

電解液作為電池的四大主材之一,本身并不提供能量,但它的功能卻非常重要,必不可少。在現(xiàn)有液態(tài)電池中,正負(fù)極的容量/能量要發(fā)揮出來(lái)離不開(kāi)電解液。

 

甘朝倫表示,從提升電池能量密度角度來(lái)看,未來(lái)10年,電池能量密度有望從300Wh/kg提升到500Wh/kg。“現(xiàn)在電池企業(yè)在300Wh/kg能量密度解決方案上多是采用鎳含量高于80%的高鎳正極材料,搭配上含硅的負(fù)極材料;或是采用高電壓NCM搭配硅負(fù)極材料。下一步,如果將能量密度提升至400Wh/kg、500Wh/kg甚至更高,則需要向鋰硫電池、鋰空氣電池、固態(tài)電池等方向發(fā)展。”

 

甘朝倫指出,隨著電池能量密度和技術(shù)的提升,電解液的發(fā)展方向也將由液態(tài)向半固態(tài)/全固態(tài)方向發(fā)展,主要目的是提升整個(gè)電池材料體系的安全性,以及未來(lái)與金屬鋰負(fù)極的適配性。

 

基于相對(duì)清晰的電池技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和路線,甘朝倫主要介紹了國(guó)泰華榮化工新材料公司在高鎳NCM和硅負(fù)極電解液、固態(tài)電解質(zhì)、鋰硫電解液等方面的研發(fā)思路及進(jìn)展。

 

高鎳NCM和硅負(fù)極電解液方面,據(jù)甘朝倫介紹,高鎳體系電池在滿電狀態(tài)時(shí),鎳會(huì)氧化到+4價(jià),+4價(jià)的鎳會(huì)跟電解液發(fā)生反應(yīng)生成一個(gè)NiO巖鹽相物質(zhì),引起正極結(jié)構(gòu)的變化,在正極界面會(huì)產(chǎn)生微裂紋;另一方面,純硅材料在充滿電時(shí)會(huì)有約4倍的體積膨脹。這就導(dǎo)致正負(fù)極在充電過(guò)程中的界面改變都會(huì)導(dǎo)致電池性能的劣化。

 

針對(duì)上述問(wèn)題,甘朝倫介紹了公司在電解液方面的研發(fā)思路:其一,主要是希望通過(guò)添加劑對(duì)界面進(jìn)行改進(jìn),找出在正極表面和負(fù)極表面形成比較好的界面膜的添加劑;還有一個(gè)思路是希望能夠發(fā)現(xiàn)可以抑制氣體產(chǎn)生的添加劑,或者是能夠把產(chǎn)生的氣體消除掉的添加劑。

 

基于上述研究,據(jù)甘朝倫介紹,公司開(kāi)發(fā)出兩類(lèi)產(chǎn)品:亞磷酸的添加劑、含硫添加劑、硅系添加劑。演講中,甘朝倫就三類(lèi)添加劑的研究進(jìn)展及各自情況進(jìn)行了分析介紹。

 

在固態(tài)電池電解質(zhì)方面,據(jù)甘朝倫介紹,公司針對(duì)聚合物、氧化物和硫化物固態(tài)電池電解質(zhì)都有布局和研發(fā)。

 

針對(duì)聚合物固態(tài)電解質(zhì),主要研究方向是將PEO與其他材料共混或交聯(lián),形成有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化體系,提升性能。研究體系包括PEO固態(tài)聚合物體系、聚碳酸酯體系、聚烷氧基體系和聚合物鋰單離子導(dǎo)體基體系。

 

針對(duì)氧化物固態(tài)電解質(zhì),主要研究方向在提升電導(dǎo)率;替換元素或摻雜同種異價(jià)元素。研究體系包括非薄膜如鈣鈦礦型、石榴石型、NASICON型、LiSICON型;薄膜如LiPON型。

 

針對(duì)硫化物固態(tài)電解質(zhì),主要研究方向?yàn)樘岣唠娊赓|(zhì)穩(wěn)定性,降低生產(chǎn)成本,元素?fù)诫s發(fā)揮各元素協(xié)同作用。研究體系有Thio-LiSICON、LGPS型和Li-aegyrodite型等。

 

鋰硫電池被認(rèn)為是未來(lái)鋰電池技術(shù)發(fā)展的重要方向之一,但鋰硫電池的缺點(diǎn)目前也非常明顯,主要是其循環(huán)性比較差。

 

針對(duì)該問(wèn)題,據(jù)甘朝倫介紹,其公司主要從兩個(gè)方面對(duì)其缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn):1.鋰負(fù)極表面形成保護(hù)膜;2.抑制多硫化鋰的穿梭效應(yīng)。

 

在負(fù)極保護(hù)添加劑方面,甘朝倫介紹稱(chēng),最常用的添加劑就是硝酸鋰,產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用得也比較多,“從數(shù)據(jù)來(lái)看,加了硝酸鋰之后,它的金屬鋰表面會(huì)明顯光亮一些,說(shuō)明硝酸鋰對(duì)于金屬鋰負(fù)極的保護(hù)還是挺明顯的。在硝酸鋰的基礎(chǔ)上也尋找其他的鋰負(fù)極保護(hù)添加劑。”


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