動力鋰電池四大技術難關
出現(xiàn)這一狀況的的主要原因是六氟磷酸鋰的技術門檻相當高。六氟磷酸鋰要求純度高、水分低,但由于產(chǎn)品本身極易吸潮分解,因此生產(chǎn)難度極大,對原料及設備要求苛刻,屬于典型的高科技、高危生產(chǎn)環(huán)境、高難生產(chǎn)的‘三高’技術產(chǎn)品。六氟磷酸鋰的三大主要原料是五氯化磷、無水氫氟酸和氟化鋰,其中又以后兩者的生產(chǎn)難度最大,需要國內企業(yè)在生產(chǎn)工藝上取得突破。
隔膜
隔膜在鋰電池中起著防止正、負極短路的作用,并在鋰電池充放電過程中提供鋰離子運輸通道。簡而言之,隔膜就是一層多孔的塑料薄膜。但它直接影響了電池的容量、循環(huán)性能以及安全性能。在鋰電池的部件中它是技術含量最高的,占鋰電池成本的20%~30%。而目前我國80%的鋰電池隔膜依靠進口。
膜技術含量高的原因在于它的造孔工藝難度大。目前國際上隔膜的主流產(chǎn)品是經(jīng)橫向和縱向精密拉伸的單層聚丙烯(PP)納米微孔膜、單層聚乙烯(PE)納米微孔膜、PP/PE/PP三層復合納米微孔膜等類型。以雙向精密拉伸法來生產(chǎn)PE、PP隔膜,是一個多步驟、復雜而精密的加工過程,包括吹塑、流延制膜、連續(xù)精密拉伸等多個重要環(huán)節(jié)。國產(chǎn)隔膜在厚度的均勻度和孔的均勻度上與國外存在很大差距。目前國際和國內市場基本被幾家實力強大的國外廠商掌控,如美國的卡爾格德(Celgard)、恩特凱(Entek),日本的旭化成、東燃等。
國內許多企業(yè)都在嘗試突破國外技術壁壘,開發(fā)鋰電池隔膜,但難度較大。難度主要體現(xiàn)在以下3個方面:一是傳統(tǒng)制備隔膜工藝的相關專利基本被美國和日本的少數(shù)企業(yè)所壟斷,我國在生產(chǎn)技術方面缺乏自主知識產(chǎn)權;二是國內企業(yè)在生產(chǎn)隔膜的關鍵技術方面特別是產(chǎn)業(yè)化技術方面較為欠缺,很多企業(yè)在小試時往往能夠拿出較好的樣品,但大規(guī)模生產(chǎn)時產(chǎn)品的一致性較差;三是我國在新工藝、新方法的研究方面與國際同步,但新的工藝往往對設備和工藝過程控制要求較高,我國的精密加工設備基礎比較薄弱,限制了產(chǎn)業(yè)化。
盡管難度大,但是國產(chǎn)隔膜已經(jīng)開始起步?,F(xiàn)在國內一些企業(yè)在國產(chǎn)化方面已取得了一些技術突破,如深圳市星源材質科技股份有限公司、佛山市金輝高科光電材料有限公司、河南新鄉(xiāng)格瑞恩新能源材料股份有限公司等,這些公司都已生產(chǎn)出具有自主知識產(chǎn)權的鋰電池隔膜,但目前大多是供應中、低端市場,還需要膜技術的進一步成熟。
隨著新能源汽車的逐漸推廣,到2012年,預計新能源汽車將令鋰電池隔膜的需求量翻10倍。解決了隔膜的國產(chǎn)化問題,不僅對鋰電池行業(yè),對整個電動汽車行業(yè)發(fā)展都將具有革命性的意義。
負極
負極材料技術含量比較低,一般用石墨做負極,是國內鋰離子電池四大關鍵組件中唯一實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的材料。
國內企業(yè)在技術含量低的領域,做得頗有成就。深圳貝特瑞新能源材料有限責任公司、上海杉杉科技有限公司等已經(jīng)躋身世界級公司。其中,深圳貝特瑞市場占有率已居全球第二??蛻舭ㄋ上?、三星、日立、比亞迪等130多家廠商。
但是,石墨負極材料雖成功商品化,可由于碳作為負極總是存在一些難以克服的弱點,未來肯定要被非碳材料取代。因為石墨在電解液中會形成鈍化膜,該膜雖可傳遞鋰離子,但會引起能量的損耗。而且當電池過充電時,石墨負極表面會析出金屬鋰從而引起電池短路。隨著溫度的升高,嵌鋰狀態(tài)下的石墨負極將首先與電解液發(fā)生放熱反應,有可能會生成易燃氣體,發(fā)生燃燒。所以石墨不是最理想的負極材料,尋找性能更為良好的非碳負極材料是鋰離子電池研究的重要課題。
盡管當前人們廣泛研究了各種非碳負極材料,特別是近年來納米結構的非碳負極材料如錫的復合氧化物、鈦氧化合物及鈦酸鹽類化合物等,受到許多鋰電工作者的關注,但是這些材料還有許多問題沒有解決,仍然無法大量應用,還需要生產(chǎn)路線和工藝的不斷改進。
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