分析锂离子电池高能量技术研究

锂离子电池高能技术分析

近日，GGII走访了50多家公司，参与了多个论坛交流，发现锂离子电池高能量密度技术有了重大突破。

高能量密度发展道路包括:高压负极材料、高克容量负极材料。高压阴极材料一般是指应用电压高于4.2v的阴极材料。锂钴酸、锂锰酸，三种都是高压材料。

与此同时，高压锂钴氧化物的商业应用已经非常成熟，其中许多用于高端数字产品，其能量密度高于普通的三元电池。目前，高压钴酸锂离子电池的电压一般为4.35v。未来3-5年内，4.4v和4.5v高压锂钴酸电池可能会大规模使用。

三种高压阴极材料很少使用，基础研究阶段。然而，三元高压阴极材料可能是未来达到300Wh/kg能量密度的突破点。

现在三种NCM811材料的克容量已经超过了180mAh/g，涂层后可能可以完成高压，再加上它的克容量也会有进一步的进展(高压材料相当于低压时没有活性的锂激活，更多的使用材料)。但是三元材料在高压下仍然存在许多技术问题，材料本身的稳定性还没有得到解决。

锰酸锂正极材料充电电势可达4.7V，晶格结构非常稳定。

目前锰酸锂离子电池的能量密度为150Wh/kg，高于磷酸铁锂离子电池。锰酸锂晶体结构稳定，热稳定性优异，锰酸锂离子电池安全性非常高。锰酸锂-钛酸锂离子电池系统在快速充电领域具有良好的应用前景。

磷酸铁锂因其容量接近理论，所以高压后很难激活更多的锂，且效果非常有限。但磷酸铁锰(钒)锂、硅酸铁锂能量密度较高，是许多研究机构和公司研究的热点领域，硅酸铁锂分子中含有两种锂离子，理论克容量可达332mAh/g。

高压阴极材料要高压电解液配合，使整个电池系统工作良好。为了使电解液在高压环境下工作平稳，要提高溶剂的抗氧化性，阻断正极与电解液的直接接触。先进电解质的抗氧化方法包括氟化溶剂，由于价格昂贵，难以大规模应用。

其他新型抗氧化溶剂如离子液体，具有优异的离子电导率和抗氧化能力，是锂离子电池的优良溶剂，但目前价格较高，难以大规模执行。阻止电解液与电解液直接接触的方法包括阳极涂层和阳极成膜添加剂。阳极材料的包覆和添加剂的研究非常多，效果非常显著，是未来抗氧化研究进展的重要方法。

三元材料的大规模开发和应用相对较晚，在能量密度方面仍有很大的提升空间。目前主流材料厂家已经能够达到180mAh/g的水平，而三种高镍材料的理论产量可以达到270mAh/g，还有很大的发展空间。目前，高容量三元材料存在对水敏感、效率低、循环不良等特点。随着工艺技术的进步这些问题还是可以解决的，富锂阳极也是很多研究机构和公司讨论的热点。

另一方面，硅阳极材料可以大大提高负极容量。阴极材料一直以石墨为主，石墨阳极技术现在已经非常成熟，实际能力现在已经非常接近理论能力。为了提高阴极克容量，我们必须选择其他材料。