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2016年中國鋰離子電池電解液行業(yè)發(fā)展概況及構成分析
2016/12/16 10:21:16 來源:中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究網(wǎng) 【字體:大 中 小】【收藏本頁】【打印】【關閉】
核心提示:(1)鋰離子電池電解液的功能與要求鋰離子電池電解液、隔膜、正極材料和負極材料并稱為鋰離子電池的四大材料。鋰離子電池電解液號稱鋰離子電池的“血液”,在電池正負極之間起到傳導鋰離子的作用,對電子絕緣,從而保證電池的充(1)鋰離子電池電解液的功能與要求
鋰離子電池電解液、隔膜、正極材料和負極材料并稱為鋰離子電池的四大材料。鋰離子電池電解液號稱鋰離子電池的“血液”,在電池正負極之間起到傳導鋰離子的作用,對電子絕緣,從而保證電池的充放電能夠順利進行,對鋰離子電池的工作溫度范圍、循環(huán)效率、安全性能、倍率性能和儲存性能等各項性能有重要影響。
①鋰離子電池電解液定制化程度高
鋰離子電池電解液具有明顯的適應性和發(fā)展性。一方面,電解液需要與客戶選用的正極材料、負極材料相適應,并與客戶鋰離子電池最終性能要求相適應;另一方面,電解液需要適應不斷發(fā)展的3C 產(chǎn)品或新能源汽車等所用鋰離子電池的變化,不斷調(diào)整其性能和構成,以滿足智能化產(chǎn)品的電源需求。
鋰離子電池電解液的適應性和發(fā)展性,決定了其定制化程度較高。因此,鋰離子電池廠商對電解液供應商的研發(fā)能力要求較高。
②鋰離子電池電解液配方的選擇
鋰離子電池電解液一般由鋰鹽、溶劑以及必要的功能添加劑等原料在一定條件下,按一定比例配制而成。其中,溶劑包括環(huán)狀碳酸酯類、鏈狀碳酸酯類和醚類溶劑等;鋰鹽主要為六氟磷酸鋰;添加劑細分種類多,主要包括成膜添加劑、電解液穩(wěn)定劑、阻燃添加劑和防過充添加劑等。
不同的選材、配比、工藝和作業(yè)溫度都可以對電解液最終性能產(chǎn)生直接且重要的影響。同一種性能要求,電解液供應商配方達到實際效果可以分為超出性能要求、較好滿足性能要求、達到性能要求等標準,同一種電解液配方的實際效果也可以分為性價比較差、性價比適中和性價比較高等。不同電解液配方的選擇,不僅僅取決于技術水平、技術沉淀,也受成本和研發(fā)理念的影響。
因此,不同電解液企業(yè)使用不同的電解液配方以滿足不同客戶電解液性能要求的同時,也將導致成本的不同,進而導致毛利率存在差異。
③鋰離子電池電解液的性能要求
鋰離子電池電解液的理想狀態(tài)應具備以下特點:對鋰離子來說是優(yōu)良的導體,對電子來說是絕緣體;在電極表面除了發(fā)生鋰離子的遷移之外,不發(fā)生其它副反應;不與其它電池組件發(fā)生反應;化學穩(wěn)定性好、安全、環(huán)保。鋰離子電池電解液的主要性能指標如下:
鋰鹽、溶劑和添加劑的種類及其配比選擇對電解液的性能有重要影響。由于電解液的調(diào)整相對來說比較方便,鋰離子電池廠商在電池設計時,通常都是在確定了正負極體系之后,再通過電解液的設計對電池性能進行調(diào)整,這種調(diào)整通常需要在各種性能要求之間進行適當?shù)钠胶狻?/p>
(2)鋰離子電池電解液的構成
鋰離子電池電解液由鋰鹽、溶劑和添加劑組成,其構成如下:
①鋰鹽
鋰鹽是提供鋰離子的源泉,保證電池在充放電循環(huán)過程中有足夠的鋰離子在正負極來回往返,從而實現(xiàn)可逆循環(huán)。
理想的鋰鹽具有以下特征:在溶劑中有足夠高的溶解度,易于解離,以保證電解液具有較高的電導率;陰離子具有較高的氧化和還原穩(wěn)定性,在電解液中穩(wěn)定性好,還原產(chǎn)物有利于電極鈍化膜的形成;具有較好的環(huán)境友好性,分解產(chǎn)物對環(huán)境污染小;易于制備和純化,生產(chǎn)成本低等。
六氟磷酸鋰是目前性能最好、使用量最多的鋰鹽。六氟磷酸鋰與溶劑(含添加劑)用量比例大約為1:7,其成本約占整個電解液生產(chǎn)成本的40%-70%(根據(jù)六氟磷酸鋰單價的波動而存在差異)。六氟磷酸鋰的技術研發(fā)水平、生產(chǎn)供應能力、價格水平等在很大程度上影響著鋰離子電池行業(yè)的發(fā)展規(guī)模和利潤水平。
各種鋰鹽的主要優(yōu)缺點如下:
②溶劑
由于鋰離子電池負極比較活潑,在水溶液體系中不穩(wěn)定,必須使用非水、非質(zhì)子性溶劑作為鋰離子的載體,鋰離子電池使用的溶劑主要包括環(huán)狀碳酸酯類、鏈狀碳酸酯、羧酸酯類、醚類有機溶劑等。
理想的溶劑具有以下特征:對電極應該是惰性的,在電池的充放電過程中不與正負極發(fā)生電化學反應,穩(wěn)定性好;有較高的介電常數(shù)和較小的黏度以使鋰鹽有足夠高的溶解度,保證高的電導率;熔點低、沸點高、蒸氣壓低,從而使工作溫度范圍較寬;與電極材料有較好的相容性,在電池中能夠表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學性能;高閃點、無毒、經(jīng)濟等。
不同的溶劑在惰性、介電常數(shù)、粘度、熔點、沸點、相容性、閃點、成本方面具有不同的特性,同一種溶劑在上述性能方面經(jīng)常出現(xiàn)沖突,如介電常數(shù)高的有機溶劑其粘度必然也較大,粘度小的有機溶劑其介電常數(shù)必然也較小。因此電解液通常就采用混合溶劑來彌補各組分的缺點,并加入某些特定添加劑,來滿足電池對電極容量、倍率充放電、正負極匹配、循環(huán)壽命等方面的性能要求。
鋰離子電池電解液中使用的主要溶劑種類如下:
③添加劑
在鋰離子電池電解液中添加少量的某些物質(zhì)就能顯著地改善某些特性,如電導率、電池的循環(huán)效率和可逆容量等,這些少量物質(zhì)稱為添加劑。添加劑按功能分類可分為成膜添加劑、防過充添加劑、阻燃添加劑、電解液穩(wěn)定劑等。理想的添加劑具有以下特征:用量少,但能顯著改善電池的某些性能;提高某一性能的同時不會導致其他性能的下降,不與電池的其他材料發(fā)生副反應;與溶劑有較好的相容性;性價比高、安全、無毒。
隨著電池性能要求的提高和電解液技術的發(fā)展,添加劑的作用日益重要,占電解液總成本的比重不斷上升。一般而言,電解液中溶劑和鋰鹽容易分析并模仿,但添加劑成分通常很難分析出來,因此添加劑成分是電解液企業(yè)的技術核心所在。鋰離子電池電解液使用的主要添加劑種類如下:
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