リチウム電池材料技術開発動向の概要

新エネルギー車の開発により、パワーバッテリーは高速開発が進んでおり、新エネルギー車の開発もパワーバッテリーの性能に対する要求を高めています。自動車用パワーバッテリー産業の発展を促進するための行動計画は、2020年までに新しいリチウムイオンパワーバッテリーセルの比エネルギーが300wh / Kgを超え、2025年までに新しいシステムパワーバッテリーの比エネルギーが500wh / Kgに達します。

政策と市場の二重の推進の下で、パワーバッテリーは高エネルギー密度、高サイクル性能、高安全性能などに向けて開発する必要があり、研究機関や企業はカソード材料、アノード材料、電解質を改善する必要があります。全固体電池、シリコンカーボンアノード、高ニッケル三元材料、およびリチウムリッチマンガンアノードの方向性は、近年企業によって開発された主流の技術ルートであると考えられています。

リチウムに富むマンガンベースの正極：貴金属含有量の少ない理想的な材料

2025年、単一セルの技術的目標は、400Wh / kgの比エネルギー効率を達成することです。既存の欠陥のあるカソード材料を開発し、より効率的で省エネの新しいタイプのカソード材料に置き換えることは、研究のホットスポットです。既知の正極材料の中で、リチウムに富むマンガンベースの正極材料は、２５０ｍＡｈ ／ ｇ以上の比放電容量を有し、これは、現在市販されている正極材料の実際の容量のほぼ２倍である。素材は安価なマンガンです。主に貴金属の含有量は、一般的に使用されているコバルト酸リチウムやニッケルコバルトマンガンの三元陰極材料に比べて少なく、低コストであるだけでなく、安全性も良好です。そのため、リチウムを多く含むマンガン系カソード材料は、次世代リチウムイオン電池の理想的な材料と考えられています。

500wh / Kgを達成するのにどのくらい時間がかかりますか？リチウム電池材料技術開発動向の概要

Dangsheng Technology、Jiangte Electric、AVIC Lithiumを含む多くの企業が、リチウムに富むマンガンベースのカソード材料の研究開発を強化しています。中国科学院の物理学研究所は、リチウムに富むマンガンベースの正極サイクルの電圧減衰を改善し、100週間後に電圧減衰を2％未満に低減するという目標を達成し、大きな進歩を遂げました。北京大学のチームは、最初に、400mAh / gの比容量を備えたリチウムに富むマンガンベースの正極を開発しました。これは、400Wh / kgの目標を達成することができます。

現在、リチウムに富むマンガンベースの正極の完全な適用には、最初の不可逆的な容量損失を減らし、レート性能とサイクル寿命を改善し、サイクルプロセスの電圧減衰を抑制するという技術的問題がある。

高ニッケル三元材料：2018年は開発の最初の年です

出発点の調査によると、2018年のニッケル-コバルト-マンガンの生産量は47GWhに達し、昨年より32％増加しますが、コバルト酸リチウムの生産量はわずか19GWhで、昨年よりわずか5％増加します。コバルトの不足とコバルトの価格上昇に制約されて、電池会社は三元材料の高いニッケル含有量を積極的に促進し、電池中のコバルトのコストを削減します。 NCM811のコバルト含有量はわずか6.06％です。

ニッケル-コバルト-マンガン材料は、高エネルギー密度、安定した電気化学的性能、高容量、低コストを備えており、将来的にはリン酸鉄リチウムや通常の三元電池に徐々に取って代わります。現在、Dangsheng Technology、Shanshan、Betrayなどの企業はすでにNCM811の量産条件を備えており、2018年は高ニッケル三元材料開発の最初の年と見なされています。

全固体電池：ダイアフラムと電解質の代わりに固体材料

すべての全固体電池は、次のステップでの電池開発の主流の方向性の1つとして、産業界や学界で認められています。

500wh / Kgを達成するのにどのくらい時間がかかりますか？リチウム電池材料技術開発動向の概要

一方で、全固体電池技術は、電池を小型化および薄型化する唯一の方法です。ダイヤフラムと電解液の体積は、バッテリーの体積のほぼ40％になります。ダイヤフラムと電解質を固体材料に置き換えると、正極と負極の間の距離を数ミクロンに短縮でき、バッテリーの厚さを大幅に減らすことができます。

一方、一般的なリチウム電池と比較すると、全固体電池のエネルギー密度は大幅に増加し、300〜400Wh / kgに達する可能性がありますが、リチウムイオン電池は一般に100〜220Wh / kgです。高い安全性は、全固体電池の開発における重要な推進要因の1つでもあります。安全性の観点から、従来のリチウム電池電解質は有機液体であり、酸化および分解して高温でガスを生成しますが、これは燃焼しやすく、大幅に増加します。安全ではありません。電解液を固体材料に置き換えると、バッテリーの安全性能が大幅に向上します。

現在、中国科学院の青島エネルギー研究所によって開発されたポリマー全固体電池は、300Wh / kgのエネルギー密度を持っています。中国科学院の寧波材料研究所によって開発された無機固体リチウム電池は、240Wh / kgのエネルギー密度を持っています。さらに、代理店はYanfengリチウム産業と協力しています。その工業化、製品は2019年に大量生産を計画しています。業界では、トヨタ、パナソニック、サムスン、三菱、ニンデタイムズなどのバッテリー大手企業が全固体電池の研究開発と展開に投資しています。

全固体電池は、間違いなく将来の主流の技術ルートの1つです。しかし、高コスト、複雑な準備プロセス、不十分な成熟度などの問題がまだあります。バッテリーのレート性能は全体的に低く、内部抵抗が大きく、高速で放電すると電圧降下が大きくなります。急速充電や非現実性などの問題も解決する必要があります。大規模な商品化を実現する方法はまだあります。

シリコンカーボン負極：2、3年で発生の到来を告げる

シリコンカーボン材料は、現在最も商業的な高エネルギー密度の新しいアノード材料です。 SPIRは、シリコン炭素材料産業が2018年後半にリチウム電池アノード材料の大規模な段階に直面し始め、今後2〜3年になると予想しています。それは大発生の到来を告げるにちがいあり、業界には幅広い展望があります。

500wh / Kgを達成するのにどのくらい時間がかかりますか？リチウム電池材料技術開発動向の概要

シリコン-炭素複合材料の超高理論エネルギー密度は、モノマーの比容量を大幅に増加させることができ、低脱インターカレーションリチウム電圧と環境への配慮という利点があります。次世代のグラファイトに代わる理想的なアノード材料と考えられています。新エネルギー車の開発に伴い、パワーバッテリーの比エネルギーは常により高い要件を要求しており、グラファイトは将来的にシリコンカーボンアノード材料に徐々に置き換えられます。

2017年12月現在、中国のアノード材料企業上位8社は基本的にシリコンカーボン材料の生産能力を拡大しており、シリコンカーボンアノード材料のレイアウトには業界を超えた多くの新規参入者が関わっています。新しい容量は2018-2019になります。 BYD、Ningde Times、Guoxuan Hi-Tech、Betray、Shanshan、Lishen、BAK、Wanxiangなどがシリコンカーボンアノード材料のレイアウトを開始しました。

現在のシリコンカーボンアノード材料は、高コスト、技術的困難、不完全な支持産業などの問題を抱えていますが、大規模なアプリケーションの実現の見通しは依然として有望です。

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