1矽碳複合負極材料

數碼終端產(chan) 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。當前鋰電材料克容量較低，不能滿足終端對電池日益增長的需求。

矽碳複合材料作為(wei) 未來負極材料的一種，其理論克容量約為(wei) 4200mAh/g以上，比石墨類負極的372mAh/g高出了10倍有餘(yu) ，其產(chan) 業(ye) 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：

1、充放電過程中，體(ti) 積膨脹可達300%，這會(hui) 導致矽材料顆粒粉化，造成材料容量損失。同時吸液能力差。

2、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(jue) 以上問題，且部分企業(ye) 已經取得了一定進展。

2鈦酸鋰

近年來，國內(nei) 對鈦酸鋰的研發熱情較高，鈦酸鋰的優(you) 勢主要有：

1、循環壽命長（可達10000次以上），屬於(yu) 零應變材料（體(ti) 積變化小於(yu) 1%），不生成傳(chuan) 統意義(yi) 的SEI膜;

2、安全性高。其插鋰電位高，不生成枝晶，且在充放電時，熱穩定性極高;

可快速充電。

目前限製鈦酸鋰使用的主要因素是價(jia) 格太高，高於(yu) 傳(chuan) 統石墨，另外鈦酸鋰的克容量很低，為(wei) 170mAh/g左右。隻有通過改善生產(chan) 工藝，降低製作成本後，鈦酸鋰的長循環壽命、快充等優(you) 勢才能發揮作用。結合市場及技術，鈦酸鋰比較適合用於(yu) 對空間沒有要求的大巴和儲(chu) 能領域。

3石墨烯

石墨烯自2010年獲得諾獎以來，廣受全球關(guan) 注，特別在中國。國內(nei) 掀起了一股石墨烯研發熱潮，其具諸多優(you) 良性能，如透光性好，導電性能優(you) 異、導熱性較高，機械強度高。石墨烯在鋰離子電池中的潛在應用有：

1、作負極材料。石墨烯的克容量較高，可逆容量約700mAh/g，高於(yu) 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(ti) 係中的穩定性，且石墨烯片層間距大於(yu) 石墨，使鋰離子在石墨烯片層間擴散通暢，有利於(yu) 提高電池功率性能。由於(yu) 石墨烯的生產(chan) 工藝不成熟，結構欠穩定，導致石墨烯作為(wei) 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(jia) 格較高，明顯高於(yu) 傳(chuan) 統石墨負極。

2、作為(wei) 正負極添加劑，可提高鋰電池的穩定性、延長循環壽命、增加內(nei) 部導電性能。

鑒於(yu) 石墨烯當前的批量生產(chan) 工藝不成熟、價(jia) 格高昂、性能不穩定，石墨烯將率先作為(wei) 正負極添加劑在鋰離子電池中使用。

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(you) 良的導電性能，同時由於(yu) 其脫嵌鋰時深度小、行程短，作為(wei) 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。

缺點：碳納米管直接作為(wei) 鋰電池負極材料時，會(hui) 存在不可逆容量高、電壓滯後及放電平台不明顯等問題。如Ng等采用簡單的過濾製備了單壁碳納米管，將其直接作為(wei) 負極材料，其首次放電容量為(wei) 1700mAh/g，可逆容量僅(jin) 為(wei) 400mAh/g。

碳納米管生產(chan) 設備在負極中的另一個(ge) 應用是與(yu) 其他負極材料（石墨類、鈦酸鋰、錫基、矽基等）複合，利用其獨特的中空結構、高導電性及大比表麵積等優(you) 點作為(wei) 載體(ti) 改善其他負極材料的電性能。

5富鋰錳基正極材料

高容量是鋰電池的發展方向之一，但當前的正極材料中磷酸鐵鋰的能量密度為(wei) 580Wh/kg，鎳鈷錳酸鋰的能量密度為(wei) 750Wh/kg，都偏低。富鋰錳基的理論能量密度可達到900Wh/kg，成為(wei) 研發熱點。

富鋰錳基作為(wei) 正極材料的優(you) 勢有：1、能量密度高;2、主要原材料豐(feng) 富。由於(yu) 開發時間較短，目前富鋰錳基存在一係列問題：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(jue) 這些問題的手段有包覆、酸處理、摻雜、預循環、熱處理等。富鋰錳基雖然克容量優(you) 勢明顯，潛力巨大，但限於(yu) 技術進展較慢，其大批量上市還需時間。

6動力型鎳鈷錳酸鋰材料

一直以來，動力電池的路線存在很大爭(zheng) 議，因此磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料等路線都有被采用。國內(nei) 動力電池路線以磷酸鐵鋰為(wei) 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。

磷酸鐵鋰雖然安全性高，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鋰成為(wei) 下一代主流技術路線。

鎳鈷錳酸鋰三元材料最有可能成為(wei) 國內(nei) 下一代動力電池主流材料。國內(nei) 陸續推出三元路線的電動車，如北汽E150EV、江淮IEV4、奇瑞EQ、蔚藍等，單位重量密度較磷酸鐵鋰電池有很大提升。

7塗覆隔膜

隔膜對鋰電池的安全性至關(guan) 重要，這要求隔膜具有良好的電化學和熱穩定性，以及反複充放電過程中對電解液保持高度浸潤性。

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麵積短路;2、塗覆材料熱傳(chuan) 導率低，防止電池中的某些熱失控點擴大形成整體(ti) 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(ti) 係，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(xing) 起而大幅提升。

用於(yu) 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、韓國的產(chan) 品較成熟，但價(jia) 格比國產(chan) 的貴一倍以上。國內(nei) 目前也有多家企業(ye) 在研發陶瓷氧化鋁，希望減少進口依賴。

9高電壓電解液

提高電池能量密度乃鋰電池的趨勢之一，目前提高能量密度方法主要有兩(liang) 種：一種是提高傳(chuan) 統正極材料的充電截止電壓，如將鈷酸鋰的充電電壓提升至4.35V、4.4V。但靠提升充電截止電壓的方法是有限的，進一步提升電壓會(hui) 導致鈷酸鋰結構坍塌，性質不穩定;另一種方法則是開發充放電平台更高的新型正極材料，如富鋰錳基、鎳鈷酸鋰等。

正極材料的電壓提升後，需要與(yu) 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(guan) 鍵性作用，其成為(wei) 近年來的研發重點。

10水性粘結劑

目前正極材料主要使用PVDF做粘結劑，用有機溶劑進行溶解。負極的粘結劑體(ti) 係中有SBR、CMC、含氟烯烴聚合物等，也會(hui) 用到有機溶劑。在電極片製作過程中，需要將有機溶劑烘幹揮發，這既汙染環境，又危害員工健康。幹燥蒸發的溶劑需用特殊的冷凍設備收集並加以處理，且含氟聚合物及其溶劑價(jia) 格昂貴，增加了鋰電池的生產(chan) 成本。

另外，SBR/CMC粘結劑在加工過程中易粘輥，且難以用於(yu) 正極片製備，使用範圍受到限製。出於(yu) 環保、降低成本、增加極片性能等需求考量，水性粘結劑的開發勢在必行。