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10大锂電池新材料有哪些？
锂電池的发展正处于一个瓶颈期，能量密度已经接近其物理极限，要想满足未来对电池能量密度的提升，需要新的材料或者技术去实现突破，以下是10种锂電池新材料，被业内人士一直看好，或将成为打破锂電池障碍的突破口。
1、矽碳複合負極材料
數碼終端産品的大屏幕化、功能多樣化後，對電池的續航提出了新的要求。當前锂電材料克容量較低，不能滿足終端對電池日益增長的需求。
矽碳複合材料作爲未來負極材料的一種，其理論克容量約爲4200mAh/g以上,比石墨類負極的372mAh/g高出了10倍有余，其産業化後，將大大提升電池的容量。現在矽碳複合材料存在的主要問題有：
充放電過程中，體積膨脹可達300%，這會導致矽材料顆粒粉化，造成材料容量損失。同時吸液能力差。
循環壽命差。目前正在通過矽粉納米化，矽碳包覆、摻雜等手段解決以上問題，且部分企業已經取得了一定進展。
2、钛酸锂
近年來，國內對钛酸锂的研發熱情較高，钛酸锂的優勢主要有：
循環壽命長(可達10000次以上)，屬于零應變材料(體積變化小于1%)，不生成傳統意義的SEI膜;
安全性高。其插锂電位高，不生成枝晶，且在充放電時，熱穩定性極高;
可快速充電。
目前限制钛酸锂使用的主要因素是價格太高，高于傳統石墨，另外钛酸锂的克容量很低，爲170mAh/g左右。只有通過改善生産工藝，降低制作成本後，钛酸锂的長循環壽命、快充等優勢才能發揮作用。結合市場及技術，钛酸锂比較適合用于對空間沒有要求的大巴和儲能領域。
3、石墨烯
石墨烯自2010年獲得諾獎以來，廣受全球關注，特別在中國。國內掀起了一股石墨烯研發熱潮，其具諸多優良性能，如透光性好，導電性能優異、導熱性較高，機械強度高。石墨烯在锂離子電池中的潛在應用有：
作負極材料。石墨烯的克容量較高，可逆容量約700mAh/g,高于石墨類負極的容量。另外，石墨烯良好的導熱性能確保其在電池體系中的穩定性，且石墨烯片層間距大于石墨，使锂離子在石墨烯片層間擴散通暢，有利于提高電池功率性能。由于石墨烯的生産工藝不成熟，結構欠穩定，導致石墨烯作爲負極材料仍存在一定問題，如首次放電效率較低，約65%;循環性能較差;價格較高，明顯高于傳統石墨負極。
作为正负极添加剂，可提高锂電池的稳定性、延长循环寿命、增加内部导电性能。
鑒于石墨烯當前的批量生産工藝不成熟、價格高昂、性能不穩定，石墨烯將率先作爲正負極添加劑在锂離子電池中使用。
4、碳納米管
碳納米管是一種石墨化結構的碳材料，自身具有優良的導電性能，同時由于其脫嵌锂時深度小、行程短，作爲負極材料在大倍率充放電時極化作用較小，可提高電池的大倍率充放電性能。
缺点：碳纳米管直接作为锂電池负极材料时，会存在不可逆容量高、电压滞后及放电平台不明显等问题。如Ng等采用简单的过滤制备了单壁碳纳米管，将其直接作为负极材料，其首次放电容量为1700mAh/g，可逆容量仅为400mAh/g。
碳納米管在負極中的另一個應用是與其他負極材料(石墨類、钛酸锂、錫基、矽基等)複合，利用其獨特的中空結構、高導電性及大比表面積等優點作爲載體改善其他負極材料的電性能。
5、富锂錳基正極材料
高容量是锂電池的发展方向之一，但当前的正极材料中磷酸铁锂的能量密度为580Wh/kg,镍钴锰酸锂的能量密度为750Wh/kg，都偏低。富锂锰基的理论能量密度可达到900Wh/kg，成为研发热点。
富锂錳基作爲正極材料的優勢有：1、能量密度高;2、主要原材料豐富。由于開發時間較短，目前富锂錳基存在一系列問題：1、首次放電效率很低;2、材料在循環過程析氧，帶來安全隱患;3、循環壽命很差;4、倍率性能偏低。
目前解決這些問題的手段有包覆、酸處理、摻雜、預循環、熱處理等。富锂錳基雖然克容量優勢明顯，潛力巨大，但限于技術進展較慢，其大批量上市還需時間。
6、動力型鎳钴錳酸锂材料
一直以來，動力電池的路線存在很大爭議，因此磷酸鐵锂、錳酸锂、三元材料等路線都有被采用。國內動力電池路線以磷酸鐵锂爲主，但隨著特斯拉火爆全球，其使用的三元材料路線引起了一股熱潮。
磷酸鐵锂雖然安全性高，但其能量密度偏低軟肋無法克服，而新能源汽車要求更長的續航裏程，因此長期來看，克容量更高的材料將取代磷酸鐵锂成爲下一代主流技術路線。
镍钴锰酸锂三元材料最有可能成为国内下一代动力电池主流材料。国内陆续推出三元路线的电动车，如北汽E150EV、江淮IEV4、奇瑞EQ、蔚蓝等，单位重量密度较磷酸鐵锂電池有很大提升。
7、塗覆隔膜
隔膜对锂電池的安全性至关重要，这要求隔膜具有良好的电化学和热稳定性，以及反复充放电过程中对电解液保持高度浸润性。
塗覆隔膜是指在基膜上塗布PVDF等膠黏劑或陶瓷氧化鋁。塗覆隔膜的作用是：1、提高隔膜耐熱收縮性，防止隔膜收縮造成大面積短路;2、塗覆材料熱傳導率低，防止電池中的某些熱失控點擴大形成整體熱失控。
8、陶瓷氧化鋁
在塗覆隔膜中，陶瓷塗覆隔膜主要針對動力電池體系，因此其市場成長空間較塗膠隔膜更大，其核心材料陶瓷氧化鋁的市場需求將隨著三元動力電池的興起而大幅提升。
用于塗覆隔膜的陶瓷氧化鋁的純度、粒徑、形貌都有很高要求，日本、韓國的産品較成熟，但價格比國産的貴一倍以上。國內目前也有多家企業在研發陶瓷氧化鋁，希望減少進口依賴。
9、高電壓電解液
提高电池能量密度乃锂電池的趋势之一，目前提高能量密度方法主要有两种：一种是提高传统正极材料的充电截止电压，如将钴酸锂的充电电压提升至4.35V、4.4V。但靠提升充电截止电压的方法是有限的，进一步提升电压会导致钴酸锂结构坍塌，性质不稳定;另一种方法则是开发充放电平台更高的新型正极材料，如富锂锰基、镍钴酸锂等。
正極材料的電壓提升後，需要與之配套的高電壓電解液，添加劑對電解液的高電壓性能起到關鍵性作用，其成爲近年來的研發重點。
10、水性粘結劑
目前正极材料主要使用PVDF做粘结剂，用有机溶剂进行溶解。负极的粘结剂体系中有SBR、CMC、含氟烯烃聚合物等，也会用到有机溶剂。在电极片制作过程中，需要将有机溶剂烘干挥发，这既污染环境，又危害员工健康。干燥蒸发的溶剂需用特殊的冷冻设备收集并加以处理，且含氟聚合物及其溶剂价格昂贵，增加了锂電池的生产成本。
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