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        動力鋰電池四大技術難關

        作者: 時間:2012-06-18 來源:網絡 收藏


        出現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,但由于產品本身極易吸潮分解,因此生產難度極大,對原料及設備要求苛刻,屬于典型的高科技、高危生產環境、高難生產的‘三高’技術產品。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難度最大,需要國內企業在生產工藝上取得突破。

        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品是經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、連續精密拉伸等多個重要環節。國產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。

        國內許多企業都在嘗試突破國外技術壁壘,開發鋰電池隔膜,但難度較大。難度主要體現在以下3個方面:一是傳統制備隔膜工藝的相關專利基本被美國和日本的少數企業所壟斷,我國在生產技術方面缺乏自主知識產權;二是國內企業在生產隔膜的關鍵技術方面特別是產業化技術方面較為欠缺,很多企業在小試時往往能夠拿出較好的樣品,但大規模生產時產品的一致性較差;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,限制了產業化。

        盡管難度大,但是國產隔膜已經開始起步。現在國內一些企業在國產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、河南新鄉格瑞恩新能源材料股份有限公司等,這些公司都已生產出具有自主知識產權的鋰電池隔膜,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。解決了隔膜的國產化問題,不僅對鋰電池行業,對整個電動汽車行業發展都將具有革命性的意義。

        負極

        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產業化的材料。

        國內企業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。客戶包括松下、三星、日立、比亞迪等130多家廠商。

        但是,石墨雖成功商品化,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,嵌鋰狀態下的石墨負極將首先與發生放熱反應,有可能會生成易燃氣體,發生燃燒。所以石墨不是最理想的,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,還需要生產路線和工藝的不斷改進。

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