國泰華榮化工新材料甘朝倫：下一代電解液/質研發方向是提升電池材料體系的安全性
撰稿丨采編部
編輯丨麥 子
美編丨CBEA獨耀
為滿足車用續航、充電、循環、安全等性能需求，動力電池能量密度正向300Wh/kg邁進，接下來5到10年還會向400Wh/kg、500Wh/kg甚至更高層次邁進。作為電池材料的四大主材之一，電解液的技術研發和布局也正積極推進。
▲圖為張家港市國泰華榮化工新材料有限公司副總經理甘朝倫發表主題演講
日前，“第二屆新能源汽車及動力電池（CIBF2021深圳）國際交流會”在深圳舉行，在風帆有限責任公司冠名的“軟包電池核心材料及先進技術突破”專場論壇上，張家港市國泰華榮化工新材料有限公司副總經理甘朝倫在“下一代電解液技術開發及應用”的主題演講中，詳細分析介紹了公司在高鎳NCM/硅負極電解液、固態電解質、鋰硫電池電解液等下一代電池電解液/電解質技術研發上的布局與研發進展。
電解液作為電池的四大主材之一，本身并不提供能量，但它的功能卻非常重要，必不可少。在現有液態電池中，正負極的容量/能量要發揮出來離不開電解液。
甘朝倫表示，從提升電池能量密度角度來看，未來10年，電池能量密度有望從300Wh/kg提升到500Wh/kg。“現在電池企業在300Wh/kg能量密度解決方案上多是采用鎳含量高于80%的高鎳正極材料，搭配上含硅的負極材料；或是采用高電壓NCM搭配硅負極材料。下一步，如果將能量密度提升至400Wh/kg、500Wh/kg甚至更高，則需要向鋰硫電池、鋰空氣電池、固態電池等方向發展。”
甘朝倫指出，隨著電池能量密度和技術的提升，電解液的發展方向也將由液態向半固態/全固態方向發展，主要目的是提升整個電池材料體系的安全性，以及未來與金屬鋰負極的適配性。
基于相對清晰的電池技術發展趨勢和路線，甘朝倫主要介紹了國泰華榮化工新材料公司在高鎳NCM和硅負極電解液、固態電解質、鋰硫電解液等方面的研發思路及進展。
高鎳NCM和硅負極電解液方面，據甘朝倫介紹，高鎳體系電池在滿電狀態時，鎳會氧化到+4價，+4價的鎳會跟電解液發生反應生成一個NiO巖鹽相物質，引起正極結構的變化，在正極界面會產生微裂紋；另一方面，純硅材料在充滿電時會有約4倍的體積膨脹。這就導致正負極在充電過程中的界面改變都會導致電池性能的劣化。
針對上述問題，甘朝倫介紹了公司在電解液方面的研發思路：其一，主要是希望通過添加劑對界面進行改進，找出在正極表面和負極表面形成比較好的界面膜的添加劑；還有一個思路是希望能夠發現可以抑制氣體產生的添加劑，或者是能夠把產生的氣體消除掉的添加劑。
基于上述研究，據甘朝倫介紹，公司開發出兩類產品：亞磷酸的添加劑、含硫添加劑、硅系添加劑。演講中，甘朝倫就三類添加劑的研究進展及各自情況進行了分析介紹。
在固態電池電解質方面，據甘朝倫介紹，公司針對聚合物、氧化物和硫化物固態電池電解質都有布局和研發。
針對聚合物固態電解質，主要研究方向是將PEO與其他材料共混或交聯，形成有機-無機雜化體系，提升性能。研究體系包括PEO固態聚合物體系、聚碳酸酯體系、聚烷氧基體系和聚合物鋰單離子導體基體系。
針對氧化物固態電解質，主要研究方向在提升電導率；替換元素或摻雜同種異價元素。研究體系包括非薄膜如鈣鈦礦型、石榴石型、NASICON型、LiSICON型；薄膜如LiPON型。
針對硫化物固態電解質，主要研究方向為提高電解質穩定性，降低生產成本，元素摻雜發揮各元素協同作用。研究體系有Thio-LiSICON、LGPS型和Li-aegyrodite型等。
鋰硫電池被認為是未來鋰電池技術發展的重要方向之一，但鋰硫電池的缺點目前也非常明顯，主要是其循環性比較差。
針對該問題，據甘朝倫介紹，其公司主要從兩個方面對其缺點進行改進：1.鋰負極表面形成保護膜；2.抑制多硫化鋰的穿梭效應。
在負極保護添加劑方面，甘朝倫介紹稱，最常用的添加劑就是硝酸鋰，產業化應用得也比較多，“從數據來看，加了硝酸鋰之后，它的金屬鋰表面會明顯光亮一些，說明硝酸鋰對于金屬鋰負極的保護還是挺明顯的。在硝酸鋰的基礎上也尋找其他的鋰負極保護添加劑。”
相關閱讀：
驗證碼：
