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锂电池高镍化给电解液带来了巨大的挑战

北极星储能网  来源:方正电新    2018/9/4 9:57:52  我要投稿  

北极星储能网讯: 近期,锂电池中游有了一波大级别的上涨,高镍三元材料板块涨幅最大。为了提升能量密度,电池高镍化是大势所趋,这一点毋庸置疑。但与市场不同的是,我们认为除了正极以外,电池高镍化后电解液环节的价值量和附加值也会有很大的提升,甚至可能不亚于正极材料从523到811的变化,应该加强重视!

电池高镍化给电解液带来了巨大的挑战。高镍三元正极的吸水性强、稳定性低,在高温条件下镍元素的催化作用会加速电解液的分解,使电解液氧化、产气,极片产生裂缝并且溶出的锰、钴等过渡金属离子还会破坏负极上的SEI膜,致使在高温环境下电池的容量、循环和安全性都受到严重影响。

高镍时代得添加剂者得天下,新宙邦暂时领先。在电解液的三大组分中,锂盐和溶剂的变化都不大,提升性能的关键仍是在于添加剂。高镍时代,降低电解液在电极表面的反应活性、改善界面相容性都需要通过特种添加剂来解决。近年来,Lifsi、DTD、RPS以及电解液厂自有的添加剂不断涌现,如新宙邦开发了LDY196型正极成膜添加剂,可抑制电解液在正极上的分解和锰、钴等金属离子的溶出,还带有负极成膜作用,能够提高高温存储和循环性能,并以此开发了两款高镍电解液,分别应用于圆柱和软包/方型电池,其中圆柱电解液循环1000周后容量仍在80%以上。

价值量显著高于普通电解液,带来利润弹性。我们认为高镍时代到来之后,电解液环节的利润弹性可能不小于正极。去年年底时,普通磷酸铁锂电池的电解液3-4万元每吨,523三元动力电池电解液5-6万元每吨,622三元动力电池电解液6-8万元每吨,811电解液的价格只会更高。在高镍电解液上领先的企业,盈利向上的弹性更大。

继续推荐新宙邦。公司是LG、三星、索尼和松下等海外巨头的重要供应商,还将在海外直接设立生产基地配套国际动力电池巨头,尽享电动车全球化的浪潮;国内方面,6月之后补贴标准切换,向更高能量密度的升级势不可挡,公司在高镍电解液上布局领先,将最为受益。

电池高镍化进程受阻;竞争对手的高镍电解液相继开发成功,附加值下降。

1 电池高镍化给电解液带来了巨大的挑战!

三元材料将替代磷酸铁锂,三元材料中811、NCA等高镍三元材料的渗透率将逐渐提升,不仅是为了提高能量密度,也是为了减少钴的用量、降低电池成本。

但高镍三元电池的安全、高温、循环问题都比较突出,给电解液带来了很多挑战,如高镍三元正极的吸水性强、稳定性低,在高温条件下镍元素的催化作用会加速电解液的分解,使电解液氧化、产气,极片产生裂缝并且溶出的锰、钴等过渡金属离子还会破坏负极上的SEI膜,导致电池在高温环境下的容量、循环和安全性都受到严重影响。



2 高镍时代得添加剂者得天下,新宙邦较为领先

解决上述问题的核心是降低电解液在电极表面的反应活性、改善电极和电解液界面的相容性。那么如何改善呢?在电解液的三大组分中,锂盐(所谓新型锂盐其实也是添加剂)和溶剂的变化都不大,LiPF6锂盐、碳酸酯类溶剂仍然是主流,因此提升电解液性能的关键仍是在于添加剂,高镍时代的电解液面临的种种问题都需要通过特种添加剂来解决。根据新宙邦的描述,高镍电池对电解液的三大挑战,电解液在正极表面被氧化分解的问题,需要添加正极成膜添加剂来进行抑制;过渡金属溶出破坏负极SEI膜的问题,需要添加更好的负极成膜添加剂来抵抗;安全性的问题,可添加过充添加剂和阻燃添加剂。


例如最传统的负极成膜添加剂是VC,硅碳负极则使用FEC,DTD也已经开始应用;最传统的正极成膜添加剂是PS,RPS也逐渐得到应用;防过充添加剂以往用的最多的是CHB,目前氟代芳香烃也开始出现;另外像天赐材料、新宙邦等企业在开发的二氟磷酸锂和LiFSI等新型锂盐属于锂盐类的添加剂。此外,各个电解液厂商还在研发自身独有的添加剂品类,如新宙邦开发了负极成膜添加剂LDY269和正极成膜添加剂LDY196。

市场一直认为配方无太大的壁垒,电池厂就可以提供,电解液厂商只需根据电池厂给的配方进行混配即可,不会有太大的附加值。但我们认为,电池厂给的配方只能根据市场上常见的添加剂配出,而电解液厂商有很多自有的添加剂,自有添加剂的制造工艺、性能表现都是电池厂完全不掌握的。


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