1、硅碳復(fù)合負(fù)極材料
數(shù)碼終端產(chǎn)品的大屏幕化、功能多樣化后，對(duì)電池的續(xù)航提出了新的要求。當(dāng)前鋰電材料克容量較低，不能滿足終端對(duì)電池日益增長(zhǎng)的需求。
硅碳復(fù)合材料作為未來(lái)負(fù)極材料的一種，其理論克容量約為4200mAh/g,比石墨類負(fù)極的372mAh/g高出了10倍有余。其產(chǎn)業(yè)化后，將大大提升電池的容量。目前各大材料廠商紛紛在研發(fā)硅碳復(fù)合材料，如BTR、杉杉、紫宸、星城等。從專利來(lái)看，截至日前，中國(guó)硅碳復(fù)合材料的專利共269項(xiàng)，其中2012-2014年共186項(xiàng)，占比69%。
現(xiàn)在硅碳復(fù)合材料存在的主要問(wèn)題有：1、充放電時(shí)，體積膨脹，吸液能力強(qiáng)；2、循環(huán)壽命差。目前正在通過(guò)包覆、摻雜等手段解決以上問(wèn)題，且部分企業(yè)已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。
2、鈦酸鋰
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)鈦酸鋰的研發(fā)熱情較高，申請(qǐng)的專利逐年攀升。截至日前，國(guó)內(nèi)共729項(xiàng)鈦酸鋰發(fā)明專利，其中2012-2014年共477項(xiàng)，占比為65%。
鈦酸鋰的優(yōu)勢(shì)主要有：1、循環(huán)壽命長(zhǎng)(可達(dá)10000次以上)，屬于零應(yīng)變材料(體積變化小于1%)，不生成傳統(tǒng)意義的SEI膜；2、安全性高。其插鋰電位高，不生成枝晶，且在充放電時(shí)，熱穩(wěn)定性極高；3、可快速充電。
目前限制鈦酸鋰使用的主要因素是價(jià)格太高，當(dāng)前的均價(jià)為11-16萬(wàn)元/噸，高于傳統(tǒng)石墨。今年國(guó)家將鈦酸鋰大巴的補(bǔ)貼從50萬(wàn)/輛下調(diào)至15萬(wàn)元/輛，這進(jìn)一步限制鈦酸鋰的推廣應(yīng)用進(jìn)程。另外鈦酸鋰的克容量很低，為170mAh/g左右。
只有通過(guò)改善生產(chǎn)工藝，降低制作成本后，鈦酸鋰的長(zhǎng)循環(huán)壽命、快充等優(yōu)勢(shì)才能發(fā)揮作用。結(jié)合市場(chǎng)及技術(shù)，鈦酸鋰比較適合用于對(duì)空間沒(méi)有要求的大巴和儲(chǔ)能領(lǐng)域。
3、石墨烯
石墨烯自2010年獲得諾獎(jiǎng)以來(lái)，廣受全球關(guān)注，特別在中國(guó)。從2010年以來(lái)，國(guó)內(nèi)掀起了一股石墨烯研發(fā)熱潮，在2010-2014年間國(guó)內(nèi)石墨烯相關(guān)發(fā)明專利直線飆升，截至日前國(guó)內(nèi)申請(qǐng)石墨烯相關(guān)專利為7426項(xiàng)，居全球之首。
石墨烯引發(fā)熱潮，是因?yàn)槠渲T多優(yōu)良性能，如透光性好，導(dǎo)電性能優(yōu)異、導(dǎo)熱性較高，機(jī)械強(qiáng)度高。石墨烯在鋰離子電池中的潛在應(yīng)用有：1、作負(fù)極材料。石墨烯的克容量較高，可逆容量約700mAh/g,高于石墨類負(fù)極的容量。另外，石墨烯良好的導(dǎo)熱性能確保其在電池體系中的穩(wěn)定性，且石墨烯片層間距大于石墨，使鋰離子在石墨烯片層間擴(kuò)散通暢，有利于提高電池功率性能。由于石墨烯的生產(chǎn)工藝不成熟，結(jié)構(gòu)欠穩(wěn)定，導(dǎo)致石墨烯作為負(fù)極材料仍存在一定問(wèn)題，如首次放電效率較低，約65%；循環(huán)性能較差；價(jià)格較高，明顯高于傳統(tǒng)石墨負(fù)極。2、作為正負(fù)極添加劑，可提高鋰電池的穩(wěn)定性、延長(zhǎng)循環(huán)壽命、增加內(nèi)部導(dǎo)電性能。
鑒于石墨烯當(dāng)前的批量生產(chǎn)工藝不成熟、價(jià)格高昂、性能不穩(wěn)定，石墨烯將率先作為正負(fù)極添加劑在鋰離子電池中使用。
4、富鋰錳基正極材料
高容量是鋰電池的發(fā)展方向之一，但當(dāng)前的正極材料中磷酸鐵鋰的能量密度為580Wh/kg,鎳鈷錳酸鋰的能量密度為750Wh/kg，都偏低。富鋰錳基的理論能量密度可達(dá)到900Wh/kg，成為研發(fā)熱點(diǎn)。截至日前，國(guó)內(nèi)富鋰錳基發(fā)明專利66篇，絕大多數(shù)在2012-2014年間申請(qǐng)。
富鋰錳基作為正極材料的優(yōu)勢(shì)有：1、能量密度高；2、主要原材料豐富。由于開(kāi)發(fā)時(shí)間較短，目前富鋰錳基存在一系列問(wèn)題：1、首次放電效率很低；2、材料在循環(huán)過(guò)程析氧，帶來(lái)安全隱患；3、循環(huán)壽命很差；4、倍率性能偏低。
目前解決這些問(wèn)題的手段有包覆、酸處理、摻雜、預(yù)循環(huán)、熱處理等。富鋰錳基雖然克容量?jī)?yōu)勢(shì)明顯，潛力巨大，但限于技術(shù)進(jìn)展較慢，其大批量上市還需時(shí)間。
