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)界首個高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池。實驗結(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、硅負極

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

事實上，高電壓、聚合物、硅負極這三種都屬于鋰電池，硅負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極的，但是由于這種碳基材料的負極的可逆容量只有372mAh/g，嚴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、機械性能強和韌性好等優(yōu)點，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鋰離子電池使用壽命。

中科院深圳先進技術(shù)研究院的Xuefeng Tong等人研發(fā)了一種基于涂炭鋁箔負極的雙離子電池，其中鋁箔不僅作為集流體，更是用作負極材料。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，比容量可以達到993mAh/g，形成Li9Al4材料時，比容量達到2235mAh/g，電壓平臺僅為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，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，但是Al負極目前仍然需要提高其循環(huán)壽命。

碳涂布多孔鋁負極制備工藝較為簡單，首先將鋁箔采用電解的方法進行腐蝕處理，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擴大形成整體熱失控。一般可耐高溫在200℃左右。陶瓷涂覆的市場主要為高電壓的電池和動力電池。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。

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

5、芳綸涂覆隔膜

隨著鋰電池在儲能、新能源汽車、電動自行車的推廣，隔膜市場快速增長，其中三元材料的滲透對陶瓷涂覆隔膜的需求加大。對隔膜來說，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，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實驗室的物理學(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。每個碳原子上未參與雜化的一對p電子相互之間形成跨越整個碳納米管的共軛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，只有納米尺度，幾萬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。而在軸向則可長達數(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度、熱導(dǎo)率、磁阻，且性質(zhì)會隨結(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，無非有兩個主要途徑，提高電極材料容量或者提高電池工作電壓。如果能夠?qū)⒏唠妷汉透呷萘績烧呓Y(jié)合起來那將是再好不過了，事實上這正是目前鋰電池正極材料發(fā)展的主流，如高電壓高壓實鈷酸鋰、高電壓三元材料等。