2017年最熱門八大鋰電新材料

2017年鋰電產(chǎn)業(yè)將持續(xù)升溫，而最熱門的鋰電材料又有哪些呢？本文專門為大家盤點(diǎn)了2017年最熱門鋰電新材料，具體如下：

1、石墨烯

最近兩年，石墨烯相關(guān)“產(chǎn)業(yè)”在國(guó)內(nèi)也是如火如荼。石墨烯在鋰電行業(yè)的應(yīng)用更是備受關(guān)注。什么是石墨烯？石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以 sp2雜化軌道？成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎完全透明只吸收 2.3%的光;導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m˙K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V˙s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10-8俜m，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。

石墨烯主要有如下幾種生產(chǎn)方法：機(jī)械剝離法、化學(xué)氣相沉積法（CVD）、氧化-還原法、溶劑剝離法、溶劑熱法、高溫還原、光照還原、外延晶體生長(zhǎng)法、微波法、電弧法、電化學(xué)法等。

當(dāng)前“石墨烯電池”這一名詞很火熱。目前，幾乎所有的商品鋰離子電池都采用石墨類負(fù)極材料。此前，華為宣布在鋰離子電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大研究突破，推出業(yè)界首個(gè)高溫長(zhǎng)壽命石墨烯基鋰離子電池。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，以石墨烯為基礎(chǔ)的新型耐高溫技術(shù)可以將鋰離子電池上限使用溫度提高10 ，使用壽命是普通鋰離子電池的2倍?？梢灶A(yù)見，2017年石墨烯仍將是鋰電產(chǎn)業(yè)熱門材料。

2、硅負(fù)極

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，以及電動(dòng)汽車的迅速普及，市場(chǎng)對(duì)高比能鋰離子電池的需求越來越強(qiáng)烈，而傳統(tǒng)的石墨材料理論比容量?jī)H為372mAh/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高比能鋰離子電池的需求，在巨大的市場(chǎng)需求的刺激下，各種新型的負(fù)極材料紛紛開始出現(xiàn)，例如硅基負(fù)極材料、錫基負(fù)極材料、氮摻雜多孔石墨材料和過渡金屬硫化物負(fù)極（例如MoS2）等，在這眾多的新型負(fù)極材料中，目前技術(shù)較為成熟的為硅基負(fù)極材料，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。

事實(shí)上，高電壓、聚合物、硅負(fù)極這三種都屬于鋰電池，硅負(fù)極只是是一種新技術(shù)，目前大多數(shù)的鋰電池都是以碳基材料作為負(fù)極的，但是由于這種碳基材料的負(fù)極的可逆容量只有372mAh/g，嚴(yán)重限制了未來鋰離子電池的發(fā)展，所以需要研發(fā)下一代鋰離子電池負(fù)極材料。在研究的過程中，研究員們發(fā)現(xiàn)一種硅元素 （Li22Si5）的容量達(dá)到了4200mAh/g，是開發(fā)具有高容量電池極佳的材料。并且使用這種負(fù)極材料做成的電池在使用的過程中幾乎沒有容量衰減，更有利于提高電池的使用壽命。再加上硅在地球上儲(chǔ)量豐富，成本較低，因而是一種非常有發(fā)展前途的鋰離子電池負(fù)極材料。

3、鋁箔涂炭

涂炭鋁箔是新型電池陰極基片，相比傳統(tǒng)的鋁箔，涂炭鋁箔擁有導(dǎo)電性良好和內(nèi)阻率小、機(jī)械性能強(qiáng)和韌性好等優(yōu)點(diǎn)，可避免毛刺造成短路，改善電極材料的粘附，增大電池的放電能力和延長(zhǎng)鋰離子電池使用壽命。

中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的Xuefeng Tong等人研發(fā)了一種基于涂炭鋁箔負(fù)極的雙離子電池，其中鋁箔不僅作為集流體，更是用作負(fù)極材料。相比于石墨材料，Al具有更高的理論比容量，當(dāng)形成 LiAl結(jié)構(gòu)時(shí)，比容量可以達(dá)到993mAh/g，形成Li9Al4材料時(shí)，比容量達(dá)到2235mAh/g，電壓平臺(tái)僅為0.19-0.45V vs Li+/Li，相比于硅材料其具有更小的體積膨脹，形成Li9Al4時(shí)，體積膨脹僅為97%，并且Al材料還具有良好的導(dǎo)電性、易加工和低成本等優(yōu)勢(shì)，但是Al負(fù)極目前仍然需要提高其循環(huán)壽命。

碳涂布多孔鋁負(fù)極制備工藝較為簡(jiǎn)單，首先將鋁箔采用電解的方法進(jìn)行腐蝕處理，然后在其表面包覆一層PAN材料，經(jīng)過低溫固化和高溫碳化后，即可在鋁箔的表明形成一層碳層，可以多次重復(fù)PAN處理過程提高碳的含量，研究發(fā)現(xiàn)，一次碳包覆碳含量約為1.5%，兩次碳包覆碳含量約為2.8%，三次碳包覆碳含量約為4%。

4、陶瓷混膠隔膜

由于鋰電池的材料是影響其安全性能的重要因素，為保證鋰電池的安全性，選用安全性更高的隔膜成為很多企業(yè)考慮的方向之一。

陶瓷隔膜，就是將納米級(jí)陶瓷顆粒涂覆在隔膜上。其作用主要是提高隔膜耐熱收縮性，防止隔膜收縮造成大面積短路。另外，陶瓷熱傳導(dǎo)率低，防止電池中的某些熱失控點(diǎn)擴(kuò)大形成整體熱失控。一般可耐高溫在200℃左右。陶瓷涂覆的市場(chǎng)主要為高電壓的電池和動(dòng)力電池。其發(fā)展方向有兩種：一是涂氧化鋁，以LG為代表，采用浸涂;二是表面做一層芳綸，以日本帝人為代表。

未來陶瓷隔膜將會(huì)有廣泛的應(yīng)用，它是解決鋰電池安全性問題的一個(gè)重要手段，也是未來鋰電池隔膜發(fā)展的一個(gè)方向。

5、芳綸涂覆隔膜

隨著鋰電池在儲(chǔ)能、新能源汽車、電動(dòng)自行車的推廣，隔膜市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，其中三元材料的滲透對(duì)陶瓷涂覆隔膜的需求加大。對(duì)隔膜來說，不管是PI、TPX、芳綸等耐高溫樹脂制備基體隔膜，還是無(wú)紡布和紙隔膜在一些特殊領(lǐng)域的研發(fā)，在未來靜電紡絲技術(shù)必定會(huì)取代現(xiàn)有隔膜工藝技術(shù)。芳綸涂覆隔膜吸液、保液性能強(qiáng)，能提升容量，更輕薄，在不影響安全的前提下，制造出更輕薄能滿足小巧、微型高容量電池。離子電導(dǎo)率更強(qiáng)的新材料隔膜。此外，芳綸涂覆隔膜解決了高溫下不變形，避免了短路的發(fā)生，低自放電，可以降低微短路帶來的容量損失，高倍率性能、電解液浸潤(rùn)性能、提升了循環(huán)性能。

6、CNT

CNT的英文全稱是Carbon Nanotube。中文名稱是碳納米管，與金剛石、石墨、富勒烯一樣，是碳的一種同素異形體。它是一種管狀的碳分子，管上每個(gè)碳原子采取sp2雜化，相互之間以碳-碳σ鍵結(jié)合起來，形成由六邊形組成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)作為碳納米管的骨架。

碳納米管是在1991年1月由日本筑波NEC實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家飯島澄男使用高分辨透射電子顯微鏡從電弧法生產(chǎn)的碳纖維中發(fā)現(xiàn)的。它是一種管狀的碳分子，管上每個(gè)碳原子采取sp2雜化，相互之間以碳-碳σ鍵結(jié)合起來，形成由六邊形組成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)作為碳納米管的骨架。每個(gè)碳原子上未參與雜化的一對(duì)p電子相互之間形成跨越整個(gè)碳納米管的共軛π電子云。按照管子的層數(shù)不同，分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。管子的半徑方向非常細(xì)，只有納米尺度，幾萬(wàn)根碳納米管并起來也只有一根頭發(fā)絲寬，碳納米管的名稱也因此而來。而在軸向則可長(zhǎng)達(dá)數(shù)十到數(shù)百微米。

作為一種高品質(zhì)的納米材料，由于碳納米管的結(jié)構(gòu)與石墨的片層結(jié)構(gòu)相同，所以具有很好的電學(xué)性能。碳納米管具有超常的強(qiáng)度、熱導(dǎo)率、磁阻，且性質(zhì)會(huì)隨結(jié)構(gòu)的變化而變化，可由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)?a target="_blank">半導(dǎo)體、由半導(dǎo)體變?yōu)榻饘?具有金屬導(dǎo)電性的碳納米管通過的磁通量是量子化的，表現(xiàn)出阿哈諾夫-波姆效應(yīng)（A-B效應(yīng)）。

7、高電壓正極

鋰電正極材料的研發(fā)一直是鋰電研究的最重要的領(lǐng)域之一，鋰電正極材料到底如何發(fā)展，也是大家非常關(guān)心的話題。提高能量密度，無(wú)非有兩個(gè)主要途徑，提高電極材料容量或者提高電池工作電壓。如果能夠?qū)⒏唠妷汉透呷萘績(jī)烧呓Y(jié)合起來那將是再好不過了，事實(shí)上這正是目前鋰電池正極材料發(fā)展的主流，如高電壓高壓實(shí)鈷酸鋰、高電壓三元材料等。

8、NCA

三元材料是鎳鈷錳酸鋰Li（NiCoMn）O2，三元復(fù)合正極材料前驅(qū)體產(chǎn)品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，里面鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整，三元材料做正極的電池相對(duì)于鈷酸鋰電池安全性高。

目前越來越多的電動(dòng)物流車采用了三元材料電池，這主要是由于三元系正極材料NCA

具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、成本低、利于整車輕量化等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效解決城市物流“最后一公里”的問題，而且由此引發(fā)了電動(dòng)物流車從磷酸鐵鋰向三元技術(shù)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。