新形勢下 汽車動力鋰電池材料咋突圍？

日前，鋰電材料產業(yè)與技術發(fā)展論壇上，眾專家熱議了新能源汽車對于鋰電池新的發(fā)展需求，新形勢下鋰電池隔膜、電極材料、電解液等如何適應新的發(fā)展趨勢，以及動力鋰電池材料產業(yè)如何抓住投資機會。來自新能源汽車企業(yè)、科研院所、行業(yè)協(xié)會的專家學者為與會代表帶來了視聽盛宴。

動力電池市場年增50%未來需“四高一降”

成都雅俊新能源汽車科技股份有限公司儲能部副部長陳柯宇指出，新能源汽車動力電池在使用過程中面臨電池價格偏高、充電時間過長、續(xù)航里程較短、環(huán)境通用性較差，使用壽命短等問題。因此，新能源汽車對鋰電池提出了新的發(fā)展需求：一是提高高溫、低溫、充電、放電的一致性。二是通過電池設計以及材料改進實現(xiàn)高充電倍率。三是提高能量密度，主要通過基于現(xiàn)有高容量材料體系、優(yōu)化電極結構、提高活性物質負載量；應用新型材料體系、提高電池工作電壓；優(yōu)化新型材料體系，使用新型電池結構等途徑來實現(xiàn)。四是提高安全性，特別是在極端條件下的安全性。五是降低成本。六是注重電池二次回收利用。

中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會秘書長劉彥龍表示，未來五年，新能源汽車用鋰離子電池市場年平均增長率在50%左右。鋰離子電池技術進步，主要來自關鍵電池材料創(chuàng)新研究與應用進展，通過新材料的開發(fā)進一步提高電池性能，提高質量、降低成本、改善安全性。

劉彥龍指出，鋰離子電池電解液和隔膜對提升電池性能與安全越來越凸顯出重要性，電解液添加劑和隔膜涂層是配合鋰離子電池提升電壓（提升能量密度）、維持壽命和保障安全的重要措施。在電池電解液領域，應重點圍繞著功能電解液展開，對添加劑的選擇是當今電解液研究發(fā)展的焦點所在。尤其以新型電解質體系（含溶劑、溶質與添加劑）、適用于高鎳NCM動力電池的功能電解質（含添加劑）、適用于儲能電池中的電解質（特別包含添加劑）、低溫型電解質、高溫型（150攝氏度）與阻燃型電解質為重點。涂覆（或復合）隔膜則是當今隔膜應用發(fā)展的焦點所在，隔膜表面采用涂覆層，一是可以提高隔膜的熱穩(wěn)定性；二是可以提高隔膜對電解液的浸潤性，有利于電池內阻降低、放電功率提升；三是涂覆可阻止或降低隔膜氧化，有利于配合高電壓正極的操作以及延長電池循環(huán)壽命等。

替代進口將出現(xiàn)高潮國產膜呼喚國產料

中國塑料加工工業(yè)協(xié)會副秘書長、中國塑協(xié)電池隔膜專委會秘書長孫冬泉指出，作為世界上最大的鋰電池生產國，中國對隔膜的需求日益增加。近幾年，國內隔膜市場需求的增長率總體低于國產隔膜的增長率，說明國產隔膜所占市場份額不斷上升，隔膜國產化是大勢所趨。

然而，當前我國鋰電隔膜低端市場產能過剩，產品價格不斷下降，賬期加長，但新的投資項目仍在源源不斷地上馬，無序競爭加劇。雖然高端產品進口在縮小，但國內隔膜企業(yè)與國外領先企業(yè)差距還很大。預計2017~2018年國內高端市場的國產化替代將出現(xiàn)高潮，2019年除少量進口外，80%以上的隔膜將實現(xiàn)國產化。孫冬泉指出，PP或PE樹脂等原料的性能指標對隔膜性能影響巨大。國內隔膜企業(yè)在材料方面還缺乏真正能夠滿足需求的穩(wěn)定隔膜專用料供應來源，產品開發(fā)任重道遠。干法專用料方面，中石化北京化工研究院開發(fā)出國產鋰電池隔膜專用料，已經在隔膜企業(yè)投入應用；濕法專用料方面，中石化上海石油化工研究院正在開發(fā)濕法鋰電池隔膜專用料，今后也將進行推廣試用。

在改進隔膜性能方面，目前有三種思路：一是在PP膜和PE膜的基礎上增加功能性涂層，以滿足對高溫特性等特殊需求；二是開發(fā)無機或有機材料共混PE、PP膜；三是徹底改變基體材料，如采用聚酰亞胺等材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PP和PE材料。

中國石化化工銷售有限公司華中分公司客戶經理曾松軍指出，中國PP膜料年需求總量約360萬噸，電工膜與包裝膜相比雖然數(shù)量不大，但是對于一種高技術含量產品來說卻十分可觀。國內許多企業(yè)曾研發(fā)和生產低端電工膜原料，但隨著下游用戶對電池、電容等的要求越來越高，低端產品的需求量已降至20%左右，很多企業(yè)因技術和市場容量等原因，逐步放棄了對聚丙烯電容膜原料的研發(fā)和生產。濕法隔膜一直以來由于采用超高分子量聚乙烯作為原料，厚度更?。ㄒ芽傻椭?微米）、強度更高，更適用于高能量密度電池。但實際上相關企業(yè)也可在PP原料方面進行考慮，使干法隔膜也可在保證較高強度的同時，更輕更薄，更安全。

電極材料設計考慮綜合因素

中南大學冶金與環(huán)境學院輕金屬及工業(yè)電化學研究所所長胡國榮教授指出，正極材料的研發(fā)成為制約該類材料大規(guī)模推廣應用的關鍵。2000年以前鈷酸鋰獨領風騷，幾乎占市場的100%。2000年以后，錳酸鋰、三元、磷酸鐵鋰正極材料開始發(fā)展，目前鈷酸鋰約占市場的40%，三元系約占35%，其余是錳酸鋰，磷酸鐵鋰和二元系（NCA）。未來需要進一步開發(fā)的材料主要有富鋰錳基固溶體材料、磷酸錳鋰、磷酸錳鐵鋰、磷酸鐵鋰石墨烯復合材料。

錳酸鋰與磷酸鐵鋰主要應用于大型儲能與動力電池領域；由于鋰電池制造的安全技術得到提升以及鋰電池對能量密度的要求，三元材料目前開始應用于動力電池領域。因此三元材料在未來兩大市場均有好的應用，其市場前景看好，將占領正極材料最大的市場份額。但由于三元系NCA、NCM受鎳鈷資源限制，必須解決三元材料電池中的鎳鈷回收問題。

電解質重點解決五大問題

中國石油大學(北京)新能源研究院孫暉博士指出，鋰離子電池電解質未來發(fā)展需要重點解決以下問題：

一是電解液和電池的安全性?？梢酝ㄟ^離子液體、氟代碳酸酯、加入過充添加劑、阻燃劑、采用高穩(wěn)定性鋰鹽來解決。

二是提高電解液的工作電壓。可以通過提純溶劑、采用離子液體、氟代碳酸酯、添加正極表面膜添加劑等來解決。

三是拓寬工作溫度范圍。低溫電解質體系需要采用熔點較低的醚、腈類體系；高溫需要采用離子液體（熔融鹽）、新鋰鹽、氟代酯醚來提高。

四是延長電池壽命。需要精確調控固體電解質界面膜（SEI膜）的組成與結構，主要通過SEI膜成膜添加劑、游離過渡金屬離子捕獲劑等來實現(xiàn)。

五是降低成本。需要降低鋰鹽和溶劑的成本，解決鋰鹽和溶劑純度較低時如何提高電池性能的技術問題，這方面目前仍需要深入研究。