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鋰離子電池高能技術(shù)分析

近日，GGII走訪了50多家公司，參與了多個(gè)論壇交流，發(fā)現(xiàn)鋰離子電池高能量密度技術(shù)有了重大突破。

高能量密度發(fā)展道路包括:高壓負(fù)極材料、高克容量負(fù)極材料。高壓陰極材料一般是指應(yīng)用電壓高于4.2v的陰極材料。鋰鈷酸、鋰錳酸，三種都是高壓材料。

與此同時(shí)，高壓鋰鈷氧化物的商業(yè)應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，其中許多用于高端數(shù)字產(chǎn)品，其能量密度高于普通的三元電池。目前，高壓鈷酸鋰離子電池的電壓一般為4.35v。未來3-05年內(nèi)，4.4v和4.5v高壓鋰鈷酸電池可能會大規(guī)模使用。

三種高壓陰極材料很少使用，基礎(chǔ)研究階段。然而，三元高壓陰極材料可能是未來達(dá)到300Wh/kg能量密度的突破點(diǎn)。

現(xiàn)在三種NCM811材料的克容量已經(jīng)超過了180mAh/g，涂層后可能可以完成高壓，再加上它的克容量也會有進(jìn)一步的進(jìn)展(高壓材料相當(dāng)于低壓時(shí)沒有活性的鋰激活，更多的使用材料)。但是三元材料在高壓下仍然存在許多技術(shù)問題，材料本身的穩(wěn)定性還沒有得到解決。

錳酸鋰正極材料充電電勢可達(dá)4.7V，晶格結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。

目前錳酸鋰離子電池的能量密度為150Wh/kg，高于磷酸鐵鋰離子電池。錳酸鋰晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性優(yōu)異，錳酸鋰離子電池安全性非常高。錳酸鋰-鈦酸鋰離子電池系統(tǒng)在快速充電領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

磷酸鐵鋰因其容量接近理論，所以高壓后很難激活更多的鋰，且效果非常有限。但磷酸鐵錳(釩)鋰、硅酸鐵鋰能量密度較高，是許多研究機(jī)構(gòu)和公司研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，硅酸鐵鋰分子中含有兩種鋰離子，理論克容量可達(dá)332mAh/g。

高壓陰極材料要高壓電解液配合，使整個(gè)電池系統(tǒng)工作良好。為了使電解液在高壓環(huán)境下工作平穩(wěn)，要提高溶劑的抗氧化性，阻斷正極與電解液的直接接觸。先進(jìn)電解質(zhì)的抗氧化方法包括氟化溶劑，由于價(jià)格昂貴，難以大規(guī)模應(yīng)用。

其他新型抗氧化溶劑如離子液體，具有優(yōu)異的離子電導(dǎo)率和抗氧化能力，是鋰離子電池的優(yōu)良溶劑，但目前價(jià)格較高，難以大規(guī)模執(zhí)行。阻止電解液與電解液直接接觸的方法包括陽極涂層和陽極成膜添加劑。陽極材料的包覆和添加劑的研究非常多，效果非常顯著，是未來抗氧化研究進(jìn)展的重要方法。

三元材料的大規(guī)模開發(fā)和應(yīng)用相對較晚，在能量密度方面仍有很大的提升空間。目前主流材料廠家已經(jīng)能夠達(dá)到180mAh/g的水平，而三種高鎳材料的理論產(chǎn)量可以達(dá)到270mAh/g，還有很大的發(fā)展空間。目前，高容量三元材料存在對水敏感、效率低、循環(huán)不良等特點(diǎn)。隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步這些問題還是可以解決的，富鋰陽極也是很多研究機(jī)構(gòu)和公司討論的熱點(diǎn)。

另一方面，硅陽極材料可以大大提高負(fù)極容量。陰極材料一直以石墨為主，石墨陽極技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟，實(shí)際能力現(xiàn)在已經(jīng)非常接近理論能力。為了提高陰極克容量，我們必須選擇其他材料。