锂离子电池发展始于消费领域,目前在动力和储能领域快速发展。

锂电池有哪些关键技术?电池材料又有哪些?一起来看看。
一文带你了解锂离子电池!
1. 什么是锂电池
锂离子电池是指以锂为能量载体的二次电池(充电电池),充电时锂离子从正极脱出,经过电解液和隔膜,嵌入负极,放电发生相反过程,又称摇椅式电池。
锂离子电池按照正极材料不同分为磷酸铁锂电池和三元锂电池

磷酸铁锂材料生产资源丰富,成本、循环寿命和热稳定性优于三元材料,适合于商用车、中低端乘用车、储能等领域。三元锂电池理论比容量(能量密度)比磷酸铁锂高60%,充电倍率更高,低温性能好,适合于中高端乘用车等领域。
 
磷酸(锰)铁锂电池和三元锂电池性能对比
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锂电池封装工艺
锂离子电池按照封装工艺不同分为方形电池、软包电池和圆柱电池。
锂离子电池按封装工艺不同分类
 
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方形电池优点是封装可靠度较高、结构简单、单体能量密度较高、系统成组效率较高、稳定性相对较好,缺点是型号多,工艺难统一,单体差异性较大,使系统寿命低于单体寿命。
软包电池采用铝塑膜包装,优点是能量密度较高,电池内组小、循环寿命长,缺点是高端铝塑膜依赖进口、生产效率低、成品率不高。
 
圆柱电池硬壳封装可靠度较高,优点是电池一致性较高,工艺成熟,成本较低,电池产品良率、散热性能较好,但缺点是成组后散热设计难度大,系统能量密度较低。
 
三种锂离子电池优缺点分析
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2. 锂电池技术路线
高安全方面,现阶段主要通过使用本体安全、过程安全、消防安全三种方式提升电芯安全性能。本体安全主要依靠难燃和不燃电解液、高熔点隔膜和正极材料改性和包覆来提高电池的本体安全。
动力电池安全防控技术
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长寿命方面,磷酸铁锂电池使用寿命普遍高于三元电池。磷酸铁锂刀片电池使用寿命超过5000次,其次是三元软包电池,使用寿命超过3000次,再次是方形电池,使用寿命超过2000次,圆柱电池使用寿命稍低,约1000次左右。
 
快充性能方面,三元电池倍率均在由目前的2C左右向5C倍率发展,充电时间缩短60%。多家企业在提升三元电池补能速度,通过提升充电电压和电池大电流耐受度,提升电池快充性能。
 
中国动力电池技术分析及发展趋势
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高比能量方面,三元软包电池单体能量密度最高到达300Wh/kg。目前三元方壳电池单体比能量已接近300Wh/kg,系统能量密度达到255Wh/kg。磷酸铁锂刀片(方形)电池能量密度接近170Wh/kg,系统能量密度超过140Wh/kg。三元软包电池比能量已达到300Wh/kg,系统能量密度达到接近220Wh/kg。
3. 电池材料关键技术
 
五大电池材料
正极、负极、电解液、锂电铜箔、隔膜是锂电池主要直接材料。
 
2015-2021年中国五大关键电池材料市场占比变化
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数据来源:EVTank
 
正极材料是最主要的材料成本,占比约55%。锂离子电池主要以正极材料不同分为磷酸铁锂电池和三元电池,动力电池二者均有,储能电池目前国内几乎均为磷酸铁锂电池。
 
负极材料占总成本约14%,包括人造石墨和天然石墨。人造石墨可用于动力电池和储能电池,而天然石墨多用于消费电池。
 
电解液占总成本约13%,其主要成分为溶质、溶剂和添加剂。溶质包括LiPF6和新型锂盐LiFSI,是主要成本来源。溶剂以环状碳酸酯和链状碳酸酯为主,包括PC、EC、DMC、DEC和EMC等,添加剂主要用于成膜、过充保护、耐低温、阻燃、提升倍率等,常见产品包括VC、FEC、PS、LiBOB、DTD、LiDFOB等。
 
锂电铜箔为电解铜箔,成本占比约8%。锂电铜箔用于锂电负极集流体。
 
隔膜占总材料成本的4%,分为湿法隔膜和干法隔膜。湿法隔膜的主要成本为PE、干法隔膜主成分为PP。
2021年锂离子电池材料市场结构估算
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数据来源:EVTank
锂电池的上游原材料主要包括各类矿产,包括锂矿,镍矿,钴矿,锰矿,铁矿等金属资源以及石墨矿、硅、磷酸盐等非金属矿产资源,冶炼出来电池原材料,主要包括正极材料,负极材料,隔膜、电解液、锂电铜箔等。
文章来源:能源动力说 
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新能源汽车的快速发展带动了动力电池的高速增长。动力电池生产流程一般可以分为前段、中段和后段三个部分。其中,前段工序包括配料、搅拌、涂布、辊压、分切等,中段工序包括卷绕/叠片、封装、烘干、注液、封口、清洗等,后段主要为化成、分容、PACK等。材料方面主要有正负极材料,隔膜,电解液,集流体,电池包相关的结构胶,缓存,阻燃,隔热,外壳结构材料等材料。 为了更好促进行业人士交流,艾邦搭建有锂电池产业链上下游交流平台,覆盖全产业链,从主机厂,到电池包厂商,正负极材料,隔膜,铝塑膜等企业以及各个工艺过程中的设备厂商,欢迎申请加入。

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作者 808, ab

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