隨著全球經濟不斷發(fā)展，能源危機逐步加深、環(huán)保意識不斷增強，作為新能源及環(huán)保低碳的動力電池產業(yè)得到迅猛發(fā)展，而鋰離子電池憑借其優(yōu)異的性能、成熟的技術成為眾多動力電池的主流發(fā)展方向。鋰離子電池主要由正極、負極、電解液、隔膜構成，依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作，具有反復充電的能力，隨著材料種類、性能技術不斷突破和生產成本的有效控制，鋰離子電池質輕、續(xù)航里程長、適用范圍廣、能量密度高、輸出功率高的優(yōu)勢將逐步得到體現，被作為主要的動力電池發(fā)展，是當今新能源車動力電池的主要類型。

一、鋰離子電池正極材料

目前國內外產業(yè)化應用的鋰離子動力電池正極材料有磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、三元(鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰)、鎳酸鋰材料;主要生產企業(yè)有湖南杉杉新材料有限公司、湖南瑞翔新材料股份有限公司、北大先行科技產業(yè)有限公司、北京當升材料科技股份有限公司、天津巴莫科技股份有限公司、寧波金和新材料股份有限公司、深圳市天驕科技有限公司等。

1.主要的正極材料

鈷酸鋰的容量可達到140mAh/g,質量輕、體積小、充放電電壓平穩(wěn)、電導率高、生產工藝簡單;制備方法有高溫固相法、溶膠-凝膠法、沉淀法、噴霧干燥法、水熱合成法;但高的原材料價格、差的熱穩(wěn)定性及嚴重的污染問題限制其在電動車上的應用。

鎳酸鋰容量達到190～210mAh/g,環(huán)境污染小、自放電率低，合成方法有高溫固相法、溶膠-凝膠法;但熱穩(wěn)定性差、容量衰減快。

2.正極材料的研發(fā)

鎳鈷錳、鎳鈷鋁三元材料的研發(fā)主要是提升材料的體積比能量、提高低溫性能、改善電池的安全性;通過調整材料的組成比例實現性能的調控。為了繼續(xù)提升電池的能量密度，正極材料將向硅酸鹽復合材料、層狀富鋰錳基材料、硫基材料發(fā)展;向更高嵌鋰容量且性能良好鋰脫嵌的可逆性材料方向發(fā)展。材料結構研究傾向于層狀結構和尖晶石結構。

3.正極材料的發(fā)展趨勢

(1)材料改性

穩(wěn)定電極材料表面結構的穩(wěn)定性，主要通過石墨烯改性、表面改性，達到提高材料的電導率、高溫循環(huán)性能，降低材料容量衰減的效果。

(2)離子摻雜

離子摻雜主要是將金屬元素鋁(Al)、鉻(Cr)、鎂(Mg)在氧位摻雜到過渡金屬和非金屬元素中，將導電性好的金屬離子摻雜到正極材料中，改善鋰離子擴散速率、導電率、電化學性能，提高穩(wěn)定性，需深入研究摻雜改性的具體作用機理，以便更好地利用摻雜提高材料性能。

二、鋰離子電池負極材料

鋰離子動力電池負極材料應具有較高的電導率，能夠容納大量的鋰離子且具有良好的穩(wěn)定性。目前負極材料大多采用石墨結構的碳素材料，一般由碳素材料、粘合劑、添加劑按一定比例混合涂覆在銅箔上經干燥、滾壓而制成;此外還有硅基材料、錫基材料、鈦酸鋰材料等。國內鋰離子電池負極材料的生產廠家主要有深圳市貝瑞特科技有限公司、上海杉杉科技有限公司、江西紫宸科技有限公司、深圳市斯諾實業(yè)發(fā)展有限公司、湖南星源科技發(fā)展有限公司、江西正拓新能源科技股份有限公司等。

1.主要的負極材料

鋰離子電池負極材料以石墨類材料為主,主要包括人造石墨、天然石墨、軟/硬碳和中間相碳微球、鈦酸鋰;正在研究中的負極材料有鈦氧化物、錫與碳的復合物、硅的復合物，碳納米管、石墨新型材料。

2.負極材料的研發(fā)

目前負極材料主要研究嵌入型、合金化型、轉化型;主要研發(fā)材料有硬碳、軟碳、硅碳;提高工藝成熟度、穩(wěn)定性和效率;目前研究較多的負極材料有納米尺度硅及硅合金(主要是解決硅負極材料因體積變化大造成的容量衰減速度快的問題)，金屬氧化物(氧化鐵、氧化鈦)替代石墨，通過包覆或控制其材料粒徑、形貌，以提高其導電性，合金研究主要是材料的納米化、多組分復合，碳納米管、石墨新型負極材料正在研究中，將為鋰離子電池的發(fā)展帶來新的機遇與挑戰(zhàn)。

3.負極材料的發(fā)展趨勢

(1)石墨負極的優(yōu)化

離子摻雜可有效改善材料的功率特性、循環(huán)穩(wěn)定性，包覆處理有效抑制粒子長大，同時提高電子電導率，獲得良好的電化學性能

(2)材料納米化

碳納米管、石墨烯就是其中的代表，分散態(tài)的球狀納米結構比表面積較高，可以顯著提高材料的比容量、循環(huán)性能、倍率性能。

三、鋰離子電池隔膜材料

隔膜成本約占電池成本的20%，是電池材料的重要組成部分，主要作用是將電池的正、負極隔離，保證電池安全、實現充放電功能，主要要求是絕緣性要好。隔膜作為高分子功能材料，發(fā)展前景廣闊、附加值高、成本低、效益前景可觀。國內隔膜生產企業(yè)主要有星源電子科技(深圳)有限公司、北京泰和中科科技有限公司、佛山市金輝高科光電材料有限公司、重慶明珠塑料有限公司、河南義騰新能源科技有限公司、南通天豐電子新材料有限公司。

1.主要的隔膜材料

為了便于氣體擴散，應選擇透氣性好且薄的鋰離子動力電池隔膜材料，一般為聚烯烴類微孔薄膜材料，包括聚乙烯單層膜、聚丙烯單層膜及2種材質的雙層或3層復合膜，薄膜厚度約為10～20μm。隔膜的研究方向主要集中在提高強度、穩(wěn)定性和孔隙率等方面。

2.隔膜材料的研發(fā)

目前低端隔膜市場產能過剩，但高端隔膜市場與國外產品質量仍有一定差距，存在質量均勻性和穩(wěn)定性問題，市場供不應求，嚴重依賴日本、美國等少數幾個國家的進口。