【電解液周報】電解液領域技術研發熱度持續！電解液價格走勢與LiPF6價格走勢基本同步

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電池網總編室

2020年3月17日

【技術】上海硅酸鹽所開發出新型納米復合結構氟基固態電解質

二次電池是現代和未來大規模智能電網、電動汽車和軍用電源不可或缺的儲能元件，當前的鋰離子電池面臨著能量密度無法滿足電化學儲能需求，以及有機電解液可燃和泄漏致使存在安全隱患等諸多問題。鋰金屬電池具有更高的能量密度，但面臨著鋰負極枝晶生長等問題。固態鋰金屬電池由于能量密度和安全性的雙重潛在優勢，是下一代電化學儲能體系的研究熱點。作為關鍵組分的固態電解質的性能優劣很大程度上決定了固態電池能否成功運行。傳統的氧化物和硫化物固態電解質面臨著晶界電阻大、界面易鈍化、空氣中不穩定以及電化學窗口窄等問題，因此開發新型固態電解質的結構原型作為當前電解質體系的候選甚至替代者，具有迫切而重要的意義。

氟系固態電解質具有電化學窗口寬（理論預測）、空氣穩定性好、阻燃性好、鋰枝晶抑制潛力佳、機械加工性能好等優勢，然而卻面臨著室溫電導率偏低（室溫下為10^-6-10^-7 S/cm）、成熟的合成方案缺乏等問題。近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員李馳麟帶領的研究團隊在氟基固態電解質方面取得進展，開發出一種納米復合結構的開框架富鋰相氟基固態電解質Li₃GaF₆，并實現了對固態電池的成功驅動，相關成果發表在國際能源/材料類期刊Energy Storage Mater., 2020, 28, 37-46.上。

該團隊之前分析總結了鹵化策略在固態電池和鋰金屬電池研究中的獨特優勢（Energy Storage Mater.,14,100-117,2018），針對SEI層中LiF體相導電率低的問題，他們從離子液體中合成富鋰相的冰晶石衍生物Li₃AlF₆（室溫電導率高達~10^-5 S/cm）作為固態電解質添加劑，成功改善了SEI層的組分，抑制了鋰枝晶生長（ACS Appl. Mater. Interfaces,10,34322-34331,2018）。在此基礎上，團隊繼續采用低溫離子液體氟化的低能耗合成策略，成功制備了納米復合結構的富鋰氟化物固態電解質Li₃GaF₆，其特征表現為結構內部具有開放性的離子通道，而且晶粒邊界具有離子液體修飾。在電解質片中，離子液體被固化成納米絮狀物，并作為原位粘合劑粘合周圍的納米粒子和整個電解質薄片，阻止電解質片在電化學循環過程中的粉化和碎裂（特別在和電極的接觸界面處）。得益于界面處離子輸運的增強，優化的Li₃GaF₆實現了氟系固體電解質的離子電導率的最高記錄（室溫下接近10^-4 S/cm）。固態Li/Li₃GaF₆/LiFePO₄電池在1 C高倍率下可成功運行至少150次循環。這項研究為氟化固態電解質的結構解析、納米調控以及界面改性等方面提供了重要的科學素材，為固態電池的激活提供了新的思路。（來源：中科院網站）

【行業】六氟磷酸鋰占成本比重較高 直接影響電解液價格

電解液一般是由高純度的有機溶劑、電解質鋰鹽和必要的添加劑等主要材料在一定的條件下，按照某一特定的比例配置而成。電解質是最核心的組成部分，約占電解液原材料成本的60%，有機溶劑約占30%，添加劑約占10%。因為六氟磷酸鋰（LiPF6）在電解液總成本中占比較高，因此電解液價格主要受六氟磷酸鋰（LiPF6）價格影響，歷史上電解液價格走勢和六氟磷酸鋰（LiPF6）價格走勢基本同步。

國內六氟磷酸鋰產業化始于2008年，隨著技術成熟與進步以及下游電解液需求急劇擴張，行業產能規模極具擴張，2016年六氟磷酸鋰價格達到階段峰值，新進入企業的數量也達到高峰期。2019年全球六氟磷酸鋰產能超過7萬噸，市場呈現供過于求的格局，但產能擴張并未停止，依然有多家企業積極進入該領域，行業競爭將會愈發激烈。（來源：未來智庫）

【技術】科學家研發的半固態“杯子蛋糕”電解質使鋰硫電池保持穩定運行

據外媒報道，當今的鋰電池由陰極，陽極和液體電解質組成，該液體電解質在充電和放電時在鋰離子之間來回傳遞。最近，科學家一直在研究電解質的更多固態形式可能帶來什么，特別是在安全性方面。新加坡的科學家們現在正在報告一種新型的半固態電解質，這種電解質可以提高鋰硫電池的安全性，鋰硫電池在儲能方面具有巨大的尚未開發的潛力。

科學家們正在研究可以克服這一問題的新型電池架構，最近又出現了一些有希望的突破。這些是通過重新構想的電池組件實現的，這些組件包括混合陰極，完全固態的電解質和新的橋接鍵，這些鍵為硫顆粒提供了“呼吸的空間”。現在，新加坡A * STAR納米生物實驗室的科學家基于他們所說的混合準固體電解質提出了另一種解決方案。這種新型電解質是使用“杯子蛋糕法”創建的，其中將金屬前體和蔗糖溶解在水中，然后將其加熱以呈現棕色“杯子蛋糕”形狀。

然后加熱該“杯子蛋糕”將導致形成液體注入的多孔膜，該膜由高導電性和化學穩定性的片材組成。使用這種半固態的3D薄板堆疊作為電解質，可以與陰極和陽極良好接觸，但可以使其在充電過程中保持穩定。

負責研究團隊的Jackie Y. Ying教授說：“同時包含液體和固體成分的混合準固體電解質已成為切實可行的折衷方案，以在保持良好性能的同時獲得更安全的電池。”但是，固體的高電阻到目前為止，組件已經限制了這種電池的性能。為了克服這個問題，我們重新設計了固體成分的微觀結構。我們的解決方案消除了電解質泄漏，并且在熱和機械方面均穩定。”（來源：cnBeta）

【智庫圈點】電解液領域技術研發熱度持續

近期，電解液市場價格走勢萎靡，但價格戰驅動力已大幅弱化，電解液領域的消息以來自技術領域的研發進展及企業間的合作居多。目前，動力電池技術路線還存在較大變數，電解液配方的研發也將會更加復雜，電解液廠自己研發配方，可獲得更高溢價，從而提升利潤。　　　　

此外，新宙邦、天賜材料、江蘇國泰等電解液生產商還在積極推進海外產能的落地及客戶的開拓。