随着终端产品例如新能源汽车对锂电池的能量密度、倍率性能、循环寿命等性能不断提出更高要求;3C 产品对锂电池的小型轻量化、高温稳定性、充电效率和安全性方面的标准愈发严格;储能领域需要更多大容量、低成本、高效率、长寿命的大规模集中或分布式储能设备及系统以匹配数量日益增多的新建新能源发电设施等,电解液添加剂作为最经济有效提升电池性能的材料,将对新能源锂电池未来在更多先进领域的广泛应用起到关键作用,新型添加剂的开发与应用有望进一步提升锂电池的综合性能。
(1)多功能添加剂重要性提升
多功能添加剂为同时具有两种以上改良功能的添加剂,此类添加剂能够从多方面改善锂电池物化性能,能够显著降低锂电池成本、提升锂电池性能,是未来电解液添加剂研究开发的主要方向。部分多功能添加剂已经成熟应用并成为电解液主要添加剂之一,例如 VC、FEC 能够形成 SEI 膜保护电极之外,还能够降低低温环境下的电池内阻,提升电池的低温性能,同时也对电池循环性能有所提升;12-冠醚-4 在 PC 溶剂体系中能够增加锂离子导电性的同时还能够抑制锂离子与溶剂分子在电极界面的反应,对 SEI 膜进行进一步优化。
根据目前电解液体系的发展状况,在保证电解液电导率的前提下,能够形成优秀 SEI 膜且拥有其他附加改良效果的多功能添加剂将是近阶段锂离子电池跨越式发展的前提,也是未来行业主要关注与投入的重点。
(2)对添加剂安全稳定性提出更高要求
锂电池电化学性能的不断提高在加强了终端用户使用体验的同时也一定程度上带来了更高的安全性风险,强化锂电池安全稳定性能的添加剂自石墨体系锂电池投入实际应用起就是研究领域关注的重点。
由于目前锂电池主流电解液体系中通常会加入 DMC、DEC 等链状碳酸酯用于降低电解液粘度、提高锂离子运输效率,其挥发性高、闪点较低的特性是导致锂电池存在安全隐患的主要因素之一,当锂电池发生过充、短路等情况时会造成电解液溶剂与电极发生附加反应并大量放热,导致锂电池的燃烧或爆炸。
随着高电压、高能量密度锂电池生产技术逐渐成熟并投入使用,高电压下的大功率充放电过程将进一步加大电池自身的电化学反应放热量,提高电池发生过热、自燃的风险。如何开发使用高闪点、导电率高且不易燃的阻燃添加剂、防过充添加剂等新型安全添加剂也将成为新型添加剂的研发重点之一。
(3)添加剂新配方适配锂电池新体系
随着新能源汽车行业在补贴退坡政策的引导下逐步实现市场化,新能源汽车的市场渗透率亦不断提高,为占据更多市场份额,业内竞争也不断加剧,各大车企需要动力电池拥有更高的续航能力、充放电效率以加强产品竞争力。为实现锂电池性能突破技术瓶颈并得到进一步跃升,新电解液、电极体系的开发与应用是必然趋势,部分高性能锂电池体系亦需要更高比例的添加剂使用量来加强产品稳定性与安全性,添加剂生产企业需要尽快研发投产新型添加剂以及更新添加剂配方以适应锂电池技术体系的更新换代。
目前,国内外已经开始对酰胺基电解液、双氟磺酰亚胺锂盐 LiFSI、三炔丙基磷酸酯 TPP、锂金属负极等新型溶剂、电解质、添加剂及电极材料开展研究。
未来下游生产厂家对电解液添加剂的选择将会更加丰富,需求量将不断提高,市场前景广阔。
综上,未来电解液添加剂行业将以下游终端产品需求为基础进行产业技术升级,新型添加剂的开发将对新能源锂电池未来在更多先进领域的广泛应用起到关键作用,电解液添加剂的市场规模亦会伴随新能源锂电池的快速发展而持续增长,发展前景广阔。
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