补锂剂:锂电池的“强效救心丸”,多家企业已具备量产能力

来源:SMM

当前锂离子电池应用场景全面扩大,全球锂离子电池年产量逐年攀升,2023年全球锂电池总出货量约1200GWh,预计2025年增长至1900GWh,锂电池出货量持续保持高增长趋势。与此同时,其技术水平也不断向高能量密度方向进行迭代,在目前高镍三元正极材料及石墨负极能量密度大幅提升的情况下,一方面采用硅碳负极、硅氧负极等新型电池材料替代石墨负极,实现能量密度提升,另一方面则是通过“预锂化”实现。

2023-2025E全球锂电池出货量 单位:GWh

绝大多数锂离子电池在首次循环时,由于负极首效效率不高,材料颗粒脱落失活,均会不同程度的出现不可逆沉积,形成固体电解质附着,从而消耗正极的活性锂,使电池内部可在正负极之间迁移的锂离子减少,最终导致电池容量衰减,充放电效率降低,循环寿命变差,能量降低。预锂化是在锂电池工作之前,预先在电池内部添加锂离子,来抵消电池正常工作时对锂离子的消耗。举例来说,电池补锂剂相当于是过年前提前储备的年货,其存在的作用便是随时补上沉积锂离子的空缺。

根据当前已有实验数据显示,石墨负极中约有5%-15%的活性锂附着禁锢在负极表面,未来高端硅基负极电池中,则会有20%-30%的活性锂附着,补锂将成为硅基负极扩大化应用道路上的必经之处。

补锂技术根据发挥作用位置的不同可分为正极补锂负极预补锂两种。其中负极补锂技术是在负极中引入单质锂,预备补充由于SEI膜导致的电池容量损失,多采用电化学法及化学法技术路线,以锂粉、锂箔等作为活性锂材料;从工艺层面来看,负极补锂操作流程较为繁琐,需改变电芯产线结构,反复拆卸组装电池,且流程不好把控。正极补锂则是在正极预先添加二元化合物富锂氧化物或纳米复合材料,多采用添加剂、提前锂化等方法,由于正极补锂只需在调浆过程中添加材料即可,操作简便、工艺简单,因此正极预锂技术是当前各正极材料厂研发的主力方向。

常用的正极补锂材料主要有二元化合物、富锂化合物和纳米复合材料三种。其中,二元化合物理论比容量高,但化学性质不稳定,操作层面仍有壁垒。纳米复合材料的研究还处于比较早期。目前最主流的正极预锂材料为富锂化合物:富锂镍酸与富锂铁酸。其中,镍酸锂为层状氧化物,具有高能量密度、长循环、高电压等优点,在电池中添加3%-4%便可提高2%的能量密度;铁酸锂为反萤石结构,在电池中添加1%-2%可提高5%-6%的能量密度。

当前头部电池企业以及德方纳米、胜华新材等材料企业均在研发布局补锂剂。其中,研一新材2022年已批量出货;德方纳米率先于2023年2月在云南曲靖建成2万吨补锂剂产线,并于2023年12月在成都金堂开工建设7000吨补锂剂产线,产能累计2.7万吨。胜华新材预计于2024年2月份建成年产5000吨补锂剂产线。其余企业均处于研发创新阶段。

 

当前锂离子电池应用场景全面扩大,全球锂离子电池年产量逐年攀升,2023年全球锂电池总出货量约1200GWh,预计2025年增长至1900GWh,锂电池出货量持续保持高增长趋势。与此同时,其技术水平也不断向高能量密度方向进行迭代,在目前高镍三元正极材料及石墨负极能量密度大幅提升的情况下,一方面采用硅碳负极、硅氧负极等新型电池材料替代石墨负极,实现能量密度提升,另一方面则是通过“预锂化”实现。

2023-2025E全球锂电池出货量 单位:GWh

绝大多数锂离子电池在首次循环时,由于负极首效效率不高,材料颗粒脱落失活,均会不同程度的出现不可逆沉积,形成固体电解质附着,从而消耗正极的活性锂,使电池内部可在正负极之间迁移的锂离子减少,最终导致电池容量衰减,充放电效率降低,循环寿命变差,能量降低。预锂化是在锂电池工作之前,预先在电池内部添加锂离子,来抵消电池正常工作时对锂离子的消耗。举例来说,电池补锂剂相当于是过年前提前储备的年货,其存在的作用便是随时补上沉积锂离子的空缺。

根据当前已有实验数据显示,石墨负极中约有5%-15%的活性锂附着禁锢在负极表面,未来高端硅基负极电池中,则会有20%-30%的活性锂附着,补锂将成为硅基负极扩大化应用道路上的必经之处。

补锂技术根据发挥作用位置的不同可分为正极补锂负极预补锂两种。其中负极补锂技术是在负极中引入单质锂,预备补充由于SEI膜导致的电池容量损失,多采用电化学法及化学法技术路线,以锂粉、锂箔等作为活性锂材料;从工艺层面来看,负极补锂操作流程较为繁琐,需改变电芯产线结构,反复拆卸组装电池,且流程不好把控。正极补锂则是在正极预先添加二元化合物富锂氧化物或纳米复合材料,多采用添加剂、提前锂化等方法,由于正极补锂只需在调浆过程中添加材料即可,操作简便、工艺简单,因此正极预锂技术是当前各正极材料厂研发的主力方向。

常用的正极补锂材料主要有二元化合物、富锂化合物和纳米复合材料三种。其中,二元化合物理论比容量高,但化学性质不稳定,操作层面仍有壁垒。纳米复合材料的研究还处于比较早期。目前最主流的正极预锂材料为富锂化合物:富锂镍酸与富锂铁酸。其中,镍酸锂为层状氧化物,具有高能量密度、长循环、高电压等优点,在电池中添加3%-4%便可提高2%的能量密度;铁酸锂为反萤石结构,在电池中添加1%-2%可提高5%-6%的能量密度。

当前头部电池企业以及德方纳米、胜华新材等材料企业均在研发布局补锂剂。其中,研一新材2022年已批量出货;德方纳米率先于2023年2月在云南曲靖建成2万吨补锂剂产线,并于2023年12月在成都金堂开工建设7000吨补锂剂产线,产能累计2.7万吨。胜华新材预计于2024年2月份建成年产5000吨补锂剂产线。其余企业均处于研发创新阶段。

 

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马梦如
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