未来10大最具潜力的锂电池新材料大盘点！.docx

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1、2023年，我国锂离子电池产量达750GWh,同比增长超过130%,行业总产值突破1.2万亿元。工信部有关负责人表示，2023年，锂电在新能源汽车领域以及风光储能、通信储能、家用储能等储能领域加快兴起并迎来增长窗口期，2023年全国新能源汽车动力电池装车量约295GWh,储能锂电累计装机增速超过130%。据预测，纳米管导电剂市场2025年将增至32万吨，三年增长近170%。本文，小编就来给大家盘点一下，未来最具潜力的10大锂电池新材料。1、硅碳复合负极材料数码终端产品的大屏幕化、功能多样化后，对电池的续航提出了新的要求。当前锂电材料克容量较低，不能满足终端对电池日益增长的需求。硅碳复合材料作为

2、未来负极材料的一种，其理论克容量约为4200mAhg以上，比石墨类负极的372mAhg高出了10倍有余，其产业化后，将大大提升电池的容量。现在硅碳复合材料存在的主要问题有：充放电过程中，体积膨胀可达300%,这会导致硅材料颗粒粉化，造成材料容量损失。同时吸液能力差。循环寿命差：目前正在通过硅粉纳米化，硅碳包覆、掺杂等手段解决以上问题，且部分企业己经取得了一定进展。相关研发企业：目前各大材料厂商纷纷在研发硅碳复合材料，如BTR、斯诺、星城石墨、湖州创亚、上海杉杉、华为、三星等。国内负极材料企业研发硅基材料的情况是：大部分材料商都还处于研发阶段，目前只有上海杉杉已进入中试量产阶段。2、钛酸锂钛酸锂

3、电池是一种锂离子电池，其正极材料为钛酸锂（1i?Tio3），负极材料为碳材料。相比于传统的锂离子电池，钛酸锂电池具有更高的安全性、更长的使用寿命和更快的充电速度等优势。钛酸锂电池的正极材料钛酸锂具有较高的化学稳定性和热稳定性，可以提高电池的安全性能。同时，钛酸锂还具有良好的电化学性能和循环稳定性，能够保持长期的高容量和长寿命。钛酸锂电池的负极材料采用碳材料，例如天然石墨、人工石墨、碳纤维等，这种负极材料具有较高的比容量和较长的使用寿命。与此同时，钛酸锂电池的电解液通常采用无水有机溶液体系，例如碳酸二甲酯（DMe）和丙烯懵（AN）混合物，可以提高电池的充电速度和能量密度。由于其安全性、长寿命和快

4、速充电等优点，钛酸锂电池被广泛应用于电动汽车、电动工具、太阳能电池储能系统、电力工具等领域。近年来，国内对钛酸锂的研发热情较高，钛酸锂的优势主要有：循环寿命长（可达IOOOo次以上），属于零应变材料（体积变化小于1%）,不生成传统意义的SEI膜；安全性高：其插锂电位高，不生成枝晶，且在充放电时，热稳定性可快速充电。目前限制钛酸锂使用的主要因素是价格太高，高于传统石墨，另外钛酸锂的克容量很低，为17OmAh/g左右。只有通过改善生产工艺，降低制作成本后，钛酸锂的长循环寿命、快充等优势才能发挥作用。结合市场及技术，钛酸锂比较适合用于对空间没有要求的大巴和储能领域。相关研发企业：珠海银隆、四川兴能、

5、湖州微宏动力有限公司、深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司、湖南杉杉新材料有限公司以及安徽和深圳周边的多家规模较小的钛酸锂生产厂家。流程工业最新线上课程3、石墨烯利用石墨烯所具有的超薄超轻、优异电化学性能、较高比表面积、电子和离子传导性能及特殊的二维单原子层结构，可以将其应用于动力电池石墨烯负极复合材料、锂电池正极导电剂和石墨烯功能涂层铝箔等。极大地减轻电池重量从而降低整车质量，延长电池使用寿命，大大提高电动汽车的续航里程和充电速度。石墨烯直接作为负极材料石墨烯宜接储锂的优点：高比容量：锂离子在石墨烯中具有非化学计量比的嵌入、脱嵌，比容量可达700-2000mAh/g；高充放电速率：多层石墨烯材料

6、的层间距离要明显大于石墨的层间距，更有利于锂离子的快速嵌入和脱嵌。石墨烯具有良好的导电性能，但其二维微观结构的易相互堆叠导致对石墨烯独立电极材料的研究并不理想。主要表现为电池的倍率性能差、循环效率低等方面。石墨烯自2010年获得诺奖以来，广受全球关注，特别在中国。国内掀起了一股石墨烯研发热潮，其具诸多优良性能，如透光性好，导电性能优异、导热性较高，机械强度高。石墨烯在锂离子电池中的潜在应用有：作负极材料：石墨烯的克容量较高，可逆容量约70OmAhg,高于石墨类负极的容量。另外，石墨烯良好的导热性能确保其在电池体系中的稳定性，且石墨烯片层间距大于石墨，使锂离子在石墨烯片层间扩散通畅，有利于提高电

7、池功率性能。由于石墨烯的生产工艺不成熟，结构欠稳定，导致石墨烯作为负极材料仍存在一定问题，如首次放电效率较低，约65%;循环性能较差；价格较高，明显高于传统石墨负极。作为正负极添加剂：可提高锂电池的稳定性、延长循环寿命、增加内部导电性能。鉴于石墨烯当前的批量生产工艺不成熟、价格高昂、性能不稳定，石墨烯将率先作为正负极添加剂在锂离子电池中使用。相关研发企业：珈伟股份，东旭光电，青岛昊鑫新能源，厦门凯纳等4、碳纳米管碳纳米管是一种石墨化结构的碳材料，自身具有优良的导电性能，同时由于其脱嵌锂时深度小、行程短，作为负极材料在大倍率充放电时极化作用较小，可提高电池的大倍率充放电性能。在锂电池的应用中，碳

8、纳米管作为导电剂时，其独特的网络结构不仅能够有效地连接更多的活性物质，出色的电导率也可以大幅降低阻抗。此外，较大长径比的碳纳米管具有更大的比表面积，与传统导电剂SuperP、石墨相比，它只需很少的添加量便足以在电极内组建高效的三维高导电网络并达到提升电池能量密度的目标。因此，更深入的研发新型碳纳米管导电剂是未来重点关注的方向。据权威部门统计，到2023年碳纳米管导电剂在中国锂离子动力电池市场的渗透率将达到82.2%,缺点：碳纳米管直接作为锂电池负极材料时，会存在不可逆容量高、电压滞后及放电平台不明显等问题。如Ng等采用简单的过滤制备了单壁碳纳米管，将其直接作为负极材料，其首次放电容量为1700

9、mAh/g,可逆容量仅为400mAhgo碳纳米管在负极中的另一个应用是与其他负极材料（石墨类、钛酸锂、锡基、硅基等）复合，利用其独特的中空结构、高导电性及大比表面积等优点作为载体改善其他负极材料的电性能。相关研发企业：天奈科技、纳米港等5、富锂铳基正极材料高容量是锂电池的发展方向之一，但当前的正极材料中磷酸铁锂的能量密度为580Whkg,锲钻镒酸锂的能量密度为750Whkg,都偏低。富锂猛基的理论能量密度可达到900Whkg,成为研发热点。根据2023-2027年中国富锂锦基正极材料行业市场深度调研及发展前景预测报告显示，富锂镐基正极材料是一种锂离子电池正极材料，在“碳中和”背景下，全球新能源

10、汽车市场渗透率快速提升，动力电池需求旺盛，与现阶段常见的锂离子电池正极材料相比，富锂铺基正极材料比容量高、续航能力强，是极具发展潜力的下一代新能源汽车锂离子电池正极材料。行业分析人士表示，富锂钵基正极材料放电比容量高，是目前已知锂离子电池正极材料中放电比容量最高的产品之一，远高于市场中常见的三元材料与磷酸铁锂正极材料，可制造高能量密度动力电池，提升动力电池续航能力。并且富锂锦基正极材料中的钻、锲含量仅为三元材料的3成左右，也可以不含钻，进一步降低其成本，其安全性能也高于三元材料电池，因此成为极具潜力的下一代锂离子电池正极材料。富锂镒基正极材料具有放电比容量高、放电电压高、能量密度高、成本低、安

11、全性高、循环寿命长等优点，未来市场潜力大，我国科研院所正在加快其技术研究步伐。目前富锂铳基存在一系列问题：首次放电效率很低；材料在循环过程析氧，带来安全隐患；循环寿命很差；倍率性能偏低。目前解决这些问题的手段有包覆、酸处理、掺杂、预循环、热处理等。富锂铳基虽然克容量优势明显，潜力巨大，但限于技术进展较慢，其大批量上市还需时间。我国富锂镒基正极材料技术研究正在不断深入，当现有瓶颈问题被解决后，有望实现产业化发展。相关研发企业：中国科学院宁波材料所等6、动力型银钻锌酸锂材料一直以来，动力电池的路线存在很大争议，因此磷酸铁锂、镒酸锂、三元材料等路线都有被采用。国内动力电池路线以磷酸铁锂为主，但随着特

12、斯拉火爆全球，其使用的三元材料路线引起了一股热潮。磷酸铁锂虽然安全性高，但其能量密度偏低软肋无法克服，而新能源汽车要求更长的续航里程，因此长期来看，克容量更高的材料将取代磷酸铁锂成为下一代主流技术路线。银钻锯酸锂三元材料最有可能成为国内下一代动力电池主流材料。国内陆续推出三元路线的电动车，如北汽E150EV江淮IEV4、奇瑞EQ、蔚蓝等，单位重量密度较磷酸铁锂电池有很大提升。相关研发企业：湖南杉杉、当升科技、厦门鸨业、科恒股份等7、涂覆隔膜现阶段我国隔膜市场以湿法隔膜为主，尽管湿法隔膜在性能上领先于干法隔膜，但是在实际的应用中仍会出现一些缺陷，为进一步提升湿法隔膜产品的使用性能，各厂商持续加大

13、对隔膜产品生产工艺的研究，逐步形成了在原有隔膜的基础上涂覆特定材料的涂覆工艺。涂覆本质上是一种改性手段，通过涂覆特定材料，改变基膜的性能，以此满足更加多元化的需求，使用涂覆工艺可以有效的增强隔膜的热稳定性和机械性能。涂覆材料可以分为涂覆颗粒和涂覆溶剂两种，其中涂覆颗粒包括有机和无机两大类，无机材料主要有勃姆石、氧化铝等，有机材料包含PVDF、芳纶等；涂覆溶剂则可以分为水性和油性两种，油性涂覆均匀性和粘性优于水性涂覆，成本比较高，海外电池厂更为青睐。目前隔膜市场中，无机涂覆隔膜的生产工艺更为成熟，且生产的产品可拉伸强度和热收缩率更好，成本较低，因而无机涂覆隔膜占据涂覆隔膜市场的绝大部分市场份额。

14、2019年以来，我国无机涂覆隔膜产品占总涂覆隔膜产品的比重在不断增加，2023年我国无机涂覆在涂覆隔膜中的占比超过95%。隔膜对锂电池的安全性至关重要，这要求隔膜具有良好的电化学和热稳定性，以及反复充放电过程中对电解液保持高度浸润性。涂覆隔膜是指在基膜上涂布PVDF等胶黏剂或陶瓷氧化铝。涂覆隔膜的作用是：提高隔膜耐热收缩性，防止隔膜收缩造成大面积短路；涂覆材料热传导率低，防止电池中的某些热失控点扩大形成整体热失控。相关研发企业：星源材质、上海恩捷、中材科技、义腾隔膜、天津东皋、璞泰来等8、陶瓷氧化铝在涂覆隔膜中，陶瓷涂覆隔膜主要针对动力电池体系，因此其市场成长空间较涂胶隔膜更大，其核心材料陶瓷

15、氧化铝的市场需求将随着三元动力电池的兴起而大幅提升。用于涂覆隔膜的陶瓷氧化铝的纯度、粒径、形貌都有很高要求，日本、韩国的产品较成熟，但价格比国产的贵一倍以上。国内目前也有多家企业在研发陶瓷氧化铝，希望减少进口依赖。氧化铝是一种高硬度的化合物，熔点为2054,沸点为2980C,在高温下可电离的离子晶体。氧化铝作为一种无机物，具有很高的热稳定性及化学惰性，是电池隔膜陶瓷涂层的很好选择。其优点有：循环寿命长：降低了循环过程中的机械微短路，有效提升循环寿命；高倍率性：高纯纳米氧化铝在锂电池中可形成固溶体，提高倍率性和循环性能；高纯纳米氧化铝还具有非常优良的导热性能：电池温度过高时，这种材料可以很好地进

16、行热量传导，从而解决了PP/PE材料导热性差的问题；良好浸润性：高纯纳米氧化铝粉末具有良好的吸液及保液能力；高纯纳米氧化铝材料还具有优良的阻燃性：这是因为氧化铝材料本身就是非常优良的阻燃剂，即使因为温度过高，达到燃烧零界点，该材料的良好的阻燃性能会阻止大范围的燃烧甚至爆炸；电流过大时，能够阻断电流：随着锂离子电池容量的不断提高，内部蓄积的能量越来越大，内部温度会提高，有可能出现温度过高使负极隔膜被融化而造成短路。相关研发企业：国瓷材料等9、高电压电解液提高电池能量密度乃锂电池的趋势之一，目前提高能量密度方法主要有两种：一种是提高传统正极材料的充电截止电压，如将钻酸锂的充电电压提升至4.35V、4.4Vo但靠提升充电截止电压的方法是有限的，进一步提升电压会导致钻酸锂结构坍塌，性质不稳定；另一种方法则是开发充放电平台更高的新