锂電池電解液發展現狀

TIME: 2020-02-17 電池行業動態資訊

锂電池憑借其自身的綜合優勢不斷滲透到一個個龐大的産業群汽車、電動工具、電子産品等領域。爲了適應這些龐大的産業群，锂電池電解液材料未來的發展趨勢將主要集中在新型溶劑、離子液體、添加劑、新型锂鹽等方面，與新型正、負極材料相匹配，從而使锂離子電池更安全，具有更高的功率、更大的容量，最終安全方便地應用于電動車、儲能、航天以及更廣泛的領域。

爲了滿足锂離子電池産業未來發展的需要，必須開發出高安全性、高環境適應性更高的電解液材料。主要應從電解液的溶劑、溶質和添加劑的選擇上進行考量：

（1）盡量選擇工作溫度範圍寬的溶劑，溶劑的熔點最好能在-40℃以下，沸點最好在150℃

以上或更高，電化學窗口寬的溶劑能更好地防止在荷電狀態下的電解液的氧化還原反應，同時可以提高電池的循環穩定性。比如可以考慮使用離子液體、新型溶劑、多組分溶劑等，從而解決電池的安全性和環境適應性。

（2）選擇合適的溶質，提高電池的環境適應性。目前通常所用的LiPF6（锂六氟磷酸鹽）分解溫度低，從60℃開始就有少量分解，在較高溫度或惡劣的環境下，分解的比例大大增加，産生HF（氫氟酸）等遊離酸，從而使電解液酸化，最終導致電極材料的損壞以及電池性能的急劇惡化。

（3）可以考慮添加適量的阻燃添加劑、氧化還原穿梭添加劑、保護正負極成膜添加劑等。采用阻燃添加劑可以確保電池內部熱失控時，電解液不會燃燒起火，使電池安全性得以保證。采用氧化還原穿梭添加劑的作用是，防止當電池尤其是動力電池組由于在使用過程中出現異常的狀況，單體電池會經常性過充或過放，從而導致電池性能的迅速惡化，進而影響整組電池的性能和使用，甚至帶來安全隱患的發生。采用正負極成膜添加劑的作用是可以有效地保護正負極材料在充電狀態下與電解液的接觸反應，通過成膜的形式，將高度活性的正負極與電解液隔離開來，從而防止電解液在電極表面的反應。

電解液主要原材料爲六氟磷酸锂，占電解液成本的50%左右，其生産成本爲10萬元/噸，售價爲40萬元/噸，毛利率高達75%。六氟磷酸锂合成難度較高，整個生産過程涉及高溫、低溫、真空、高壓、腐蝕性強、易燃易爆和劇毒化學品，對設備和人員要求高、工藝難度極大。森田化工在張家港的建設年産300噸六氟磷酸锂的工廠，照搬日本工廠的成熟設備和工藝，仍然曆時3年才穩定達産，可見工藝難度之高。

難點在于雜質控制。電解液對六氟磷酸锂的純度要求極高，行業標准要求水分小于30ppm，遊離酸小于10ppm。由于六氟磷酸锂本身具有吸潮性，因此高純原料的獲取和生産過程中雜質控制和産品提純都是關鍵因素。較高的技術門檻，導致極高的市場集中度，市場主要被關東電化學工業、STELLA、森田化學等幾家日本企業壟斷。

國內目前僅有天津金牛能實現工業化生産，産量約80噸，産品全部自用不對外銷售。江蘇國泰和多氟多正在進行中試生産。

发展趋势：长期看，新电解质体系的开发将是大势所趋。六氟磷酸锂材料的热稳定性较差，从60℃开始就有少量分解，在较高温度或恶劣的环境下，分解的比例大大增加，产生氢氟酸等游离酸，会使电解液酸化，最终导致电极材料的损坏以及电池性能的急剧恶化。同时六氟磷酸锂易潮解，而水分是电解液的大敌。近些年，草酸硼酸锂盐在电解液中的应用逐渐引起关注。用草酸硼酸锂盐配制成的电解液有抗过充、阻燃等功能，形成的SEI膜非常稳定，满足动力电池高安全性的要求。更长远看，聚合物锂電池可能成为锂电池未来的发展方向。由于用固体电解质代替了液体电解质，与液态锂離子電池相比，聚合物锂離子電池具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点，也不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，因此外壳材质可以更轻，从而可以提高整个电池的比容量。此外，聚合物锂離子電池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比普通锂離子電池有所提高。

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