天赐材料余乐:电解液如何配合高镍三元/硅碳负极/高压实磷酸铁锂升级?

来源:高工锂电网   发布时间:2016-12-12 11:15      设置字体:
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摘要:天赐材料设计了一个聚磷酸脂,可以与结晶水和表面的残余碱反应,生成磷酸盐和磷酸酯,且可以传导锂离子。在使用这类添加剂时,即使NCA在相对湿度为50%的环境暴露过,电化学性能也能得到极大提升。
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根据“新能源汽车”试点专项中《动力电池与电池管理系统: 高安全高比能锂离子电池技术》的要求,在2020年,动力电池的单体能量密度需达到300wh/kg以上,循环寿命不小于1500次,成本不高于0.8/wh等要求。而近期网传的电动汽车补贴政策也将车载电池系统的能量密度作为补贴下发考核的一项指标。可以说,能量密度竞逐战正在市场和政策的双重压力下升级!

  127-9日,以“全球视野与中国战略:新思维新格局新趋势”为主题的2016高工锂电暨电动车年会在深圳·沙井维纳斯皇家酒店盛大举行。本届年会设置了覆盖上游原材料到下游整车制造的8大专场论坛,汇聚全产业链超600位精英人士,深入分析全局性产业机会与风险,全面展望技术、市场、资本、格局等多方面的趋势走向,共同求解未来中国与全球新能源汽车大产业的“决胜”之道。

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2016高工锂电暨电动车年会现场

  继上午开幕式大会的精彩演讲后,在下午“锂电池材料未来的发展趋势”专场上,天赐材料(002709.SZ)电池材料研发总监余乐发表“高能量密度动力电池电解液设计策略”主题演讲。其中分享了天赐材料匹配高镍三元、硅碳负极和高压实磷酸铁锂的电解液解决方案。

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天赐材料电池材料研发总监余乐

  (1)高镍三元:在高湿度环境下暴露过的NCA60圈循环后二次颗粒破裂,并导致一次颗粒的大小也发生明显变化,这主要是由于高镍材料中锂源不再是碳酸锂,而是氢氧化锂,后者易潮解吸水。通过TG-DCS测试证实,部分吸附的水变成了结晶水,会在循环中缓慢和正极材料反应生成氧化镍,导致锂损失、二次颗粒破裂。

  天赐材料设计了一个聚磷酸脂,可以与结晶水和表面的残余碱反应,生成磷酸盐和磷酸酯,且可以传导锂离子。在使用这类添加剂时,即使NCA在相对湿度为50%的环境暴露过,电化学性能也能得到极大提升。

  “我们现在在容量为3.0Ah18650圆柱电池中能量密度可以达到220-230Wh/kg,循环寿命可达到新能源汽车试点专项要求的1500圈,提前完成了目标。”余乐自豪地介绍。

  (2)硅碳负极:硅体积膨胀比碳材料大得多,当SEI厚度达到一定程度时,很难保证膜有很好的抗拉伸性。在多次循环之中,这种厚膜容易破裂,导致电池性能的衰减。

  余乐介绍:“天赐材料引入了一类含硅的添加剂,可以与硅表面的Si-OH键反应,相当于对材料做了的原位的包覆。这层薄的膜电化学性能稳定、抗拉伸性能好,使得硅材料性能大大提升,循环次数可以提升到800圈。再辅以别的电解液技术,可以将现在容量为3.4Ah,能量密度达到250-260Wh/kg18650圆柱电池的循环寿命提升至1200圈左右。”

  (3)高压实磷酸铁锂:压实提高时,电解液的浸润极其的关键。如果浸润不好,会有一些电极接触不到电解液,使得整个电极的有效离子交换界面变小,阻抗也随之上升。使用小分子溶剂可以减少电解液粘度,提升浸润性,但小分子溶剂的低沸点会带来电池高温下的产气增加,需要改善界面的稳定性。常用的电解液添加剂PS在界面会生成不能传导锂离子的聚烯烃类高分子膜,以及丙基磺酸锂等有机锂盐。而新型添加剂硫酸乙烯酯DTD可以在界面生成一层结构类似PEO,可以传导锂离子的高分子膜,降低界面阻抗,以及生成亚硫酸锂等无机盐,相对于有机锂盐大大提高了热稳定性,可以配合小分子溶剂使用,对于电池的高低温性能均有提升。

  除了使用小分子溶剂以外,使用低阻抗添加剂也是一个有效方案。二氟磷酸锂可以大大降低界面阻抗,将低温循环提升三倍以上。

  2017年,天赐会建立150t/a的二氟磷酸锂生产线。天赐不仅仅设计和开发了这些独特、有效的添加剂在电解液中的应用,还会对其中的部分物质进行落地生产,保证供给及品质,持续降低成本,为客户创造价值。


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