지난 10년 동안 중국은 리튬 개발에서 큰 진전을 이루었습니다. 배터리 재료하지만 중국의 리튬 배터리 기술과 국제 선진 기술 사이에는 여전히 일정한 격차가 있음을 알아야 합니다. 향후 리튬 배터리의 개발은 배터리 재료의 발전과 배터리 재료의 업그레이드 및 지속적인 반복에 초점을 맞출 것입니다.
리튬 배터리 산업 체인의 핵심 소재로서 이러한 배터리 소재의 국산화와 지속적인 기술 발전은 중국의 리튬 배터리 기술이 세계를 선도하는 데 큰 의미가 있습니다.
목차
중국의 리튬 배터리 소재와 기술이 빠르게 발전하고 있습니다.
리튬은 화학 원소 주기율표에서 원자량이 가장 작은 금속 원소이며 밀도가 가장 작고 전기 화학적 등가량이 가장 작으며 전극 전위가 가장 낮은 금속이기도 합니다. 리튬 배터리는 다음과 같은 장점으로 오늘날 주류가 되었습니다:
● 높은 비에너지. 질량 비에너지와 부피 비에너지 측면에서 리튬 배터리는 납축 배터리보다 3배 이상 높습니다.
● 긴 주기 수명. 일반적으로 납축 배터리의 사이클 횟수는 약 400~600회로 리튬 배터리보다 적습니다.
● 넓은 충전 전력 범위. 1~3C에서 고속 충전이 가능하며, 충전 효율은 85% 이상으로 전기 제어 기술의 지속적인 발전으로 더욱 향상될 것입니다;
● 고속 방전 성능. 리튬 배터리의 방전 속도는 납축 배터리보다 높습니다. 일반 리튬 배터리는 2-3C 방전이 가능하며, 고속 방전 기능을 갖춘 리튬 배터리도 있습니다.
중국은 또한 리튬 배터리 개발을위한 포괄적 인 과학 기술 계획을 세웠고 리튬 배터리 개발을위한 좋은 기반을 마련하기 위해 일련의 정책을 발표했습니다. 일반적으로 리튬 배터리의 글로벌 기술 원천은 주로 일본, 중국, 한국이며, 그중 일본은 리튬 배터리 재료 연구 특허에서 우위를 점하고 있습니다.
리튬 배터리 소재에 초점을 맞춰 일정 기간 동안 고에너지 밀도, 저비용, 안전 및 경량 배터리 소재에 대한 투자를 늘려 연구 개발 및 연구를 수행해야합니다. 중국이 가능한 한 빨리 전체 리튬 배터리 산업 체인의 핵심 배터리 재료 제조 기술을 돌파하고 대규모 생산을 형성하며 새로운 배터리 재료 반복 및 기술 반복을 지속적으로 수행하도록합니다.
여러 리튬 배터리 소재 개발
하이 니켈 음극 소재
배터리 재료에서 3진법 음극 재료 는 니켈-코발트-알루미늄산 리튬(NCA)과 니켈-코발트-망간산 리튬(NCM)으로 나뉩니다. 니켈 함량이 높아질수록 삼원계 양극재의 배터리 용량은 증가하는 반면 사이클 성능은 저하됩니다. 고니켈 양극재의 장점은 비용량이 높고 전력 배터리에 탁월한 선택이라는 점입니다. 하이니켈은 비용량이 높다는 장점이 있지만 구조 및 표면 변화로 인해 사이클 성능이 저하되는 경우가 많습니다. 이에 따라 하이니켈 양극재의 주요 문제점은 다음과 같습니다:
화학량론적 비율로 물질을 합성하기 어려운 경우; 공기 중 CO2 및 수분과 반응하기 쉬운 총 알칼리 함량이 높습니다; 열 안정성 및 안전성 저하.
따라서 하이니켈 삼원계 양극재의 성능을 향상시키기 위한 개질 기술에 대한 연구가 필요합니다. 하이 니켈 삼원계 양극재의 생산 공정에는 석출 혼합, 포팅, 소성, 분쇄, 등급 지정, 불순물 제거, 포장 등의 단계가 포함됩니다. 일반 삼원계 소재와의 차이점은 주로 원료 요구 사항이 높고 공정이 더 복잡하며 준비가 어렵기 때문에 비용이 상대적으로 높다는 것입니다.
지난 2 년 동안 개발이 있었지만 하이 니켈 삼원계 양극재의 전체 시장 점유율은 크지 않지만 하이 니켈 생산 능력이 출시되고 있으며 시장은 점차 하이 니켈 삼원계 재료의 적용을 발전시키고 있으며 기술도 지속적으로 개선되고 있습니다.
고체 전해질
리튬 배터리 소재 중 액체 전해질 대신 고체 전해질은 리튬 이온 배터리의 안전 문제를 전력으로 해결하는 중요한 수단으로 꼽힙니다. 리튬 이온 배터리는 일반적으로 가연성 유기 전해질을 사용합니다. 전력 배터리로 사용할 경우 과충전이나 우발적인 충돌로 인해 전해액에 불이 붙어 안전사고가 발생할 수 있습니다. 액체 전해질의 장점은 전극과 전해질 사이의 접촉 면적을 최대화하여 전기 화학적 임피던스를 줄일 수 있다는 것입니다.
그러나 액체 전해질은 낮은 열역학적 안정성, 낮은 리튬 이온 전도도, 농도 편광, 좁은 작동 온도 범위, 쉬운 화재 및 누출과 같은 단점이 있습니다. 반면 배터리 소재에서 고체 전해질의 장점은 우수한 안전성, 우수한 가공성, 간소화된 배터리 구조, 넓은 작동 온도 범위, 우수한 화학적 및 전기화학적 안정성, 긴 사이클 수명 등입니다. 그러나 고체 전해질도 해결해야 할 문제가 있는데, 대부분의 리튬 이온 전도 효율이 매우 낮고 금속 리튬과 안정적으로 존재할 수 없다는 점입니다.
전해질과 전극 사이의 접촉 면적이 제한되어 있기 때문에 전기 화학적 임피던스가 큽니다. 고체 전해질은 전기 화학적 및 화학적 안정성 측면에서 음극 및 양극 배터리 재료와 호환되지 않습니다. 현재 고체 전해질에 대한 연구는 계속 진행 중이며 고체 전해질의 재료는 계속해서 개선되고 더 많은 돌파구를 마련할 것입니다.
실리콘 음극 재료
상업용 리튬 이온 배터리 음극 재료는 주로 흑연이지만 이러한 유형의 배터리 재료의 비 용량은 매우 낮고 고속 충전 및 방전 성능이 좋지 않습니다. 단일 실리콘 음극 소재의 이론적 비 용량은 4200mA-h/g으로 천연 흑연의 10배 이상이며, 작동 전압은 0.3V로 낮습니다. 전력 배터리의 요구를 충족하기 위해 리튬 이온 배터리의 더 높은 비 용량을 달성하기 위해 실리콘 음극 배터리 재료에 많은 연구가 투자되었습니다. 실리콘 기반은 현재 중요한 연구 핫스팟이며 가장 잠재력 있는 음극 재료 중 하나로 간주됩니다.
그러나 실리콘 기반 음극은 용량이 크고 배터리 소재의 부피 변화가 큽니다. 현재 첨가제 및 기타 수단은 주로 음극 재료의 그램 용량, 사이클 안정성 및 액체 흡수 용량을 개선하는 데 사용됩니다. 현재 충전-방전 사이클 동안 실리콘 양극 재료는 리튬 인터칼레이션 및 박리화로 인해 큰 부피 변화를 일으켜 활성 재료의 분쇄 및 박리로 이어져 전극의 사이클 성능을 저하시킵니다.
실리콘-탄소 복합 음극재를 개발하면 충전 및 방전 시 과도한 부피 팽창으로 인한 실리콘의 파쇄를 효과적으로 방지할 수 있습니다. 또한, 코팅 배터리 소재로서 탄소는 전극 소재와 전해질 사이의 계면을 효과적으로 안정화할 수 있습니다. 따라서 실리콘-탄소 복합재는 차세대 고에너지 밀도 리튬 이온 배터리의 음극으로 흑연을 대체할 것으로 기대됩니다.
리튬 배터리 바인더
리튬 배터리 재료에서 리튬 배터리 용 특수 바인더의 역할은 전극 활성 재료를 결합 및 유지하고, 전극 활성 재료와 전도성 제, 활성 재료 및 집전체 간의 전자 접촉을 향상시키고, 극 조각의 구조를 더 안정화시키는 것입니다. 리튬 배터리의 음극과 양극의 부피는 충전 및 방전 중에 팽창하거나 수축하기 때문에 바인더는 특정 완충 역할을해야합니다.
활성 물질이 포함된 코팅막은 집전체에서 분리되거나 균열이 발생하지 않습니다. 사용되는 바인더의 양은 적지만 바인더의 성능은 리튬 이온 배터리의 정상적인 생산과 최종 성능에 큰 영향을 미치며 배터리 산업에서 매우 중요한 보조 배터리 소재입니다.
배터리 재료의 리튬 배터리 특수 바인더는 주로 유기 용매를 분산제로 사용하는 지용성 바인더와 물을 분산제로 사용하는 수성 바인더의 두 가지 범주로 나뉩니다. 바인더의 성능은 배터리 성능에 직접적인 영향을 미치므로 적합한 리튬 배터리 바인더는 전해질에서 저항이 낮고 안정적인 성능이 필요합니다. 바인더는 배터리의 사이클 성능, 급속 충전 및 방전 기능을 개선하고 배터리의 내부 저항을 줄이는 데 중요한 역할을 합니다.
미래 리튬 배터리 소재 개발의 4가지 주요 트렌드
리튬 배터리의 기술 발전은 주로 주요 배터리 재료의 혁신 및 응용 연구에서 비롯되며 주요 연구 개발 방향은 여전히 리튬 이온 배터리 재료에 초점을 맞추고 있습니다. 이는 배터리의 안전 성능에 새로운 돌파구를 가져올 것입니다. 리튬 배터리 재료의 개발 추세는 주로 다음 네 가지 주요 측면에 반영됩니다:
하나는 양극재로, 주로 하이니켈 삼원계 소재를 기반으로 개발되며, 이를 통해 에너지 밀도를 높이면서 비용을 절감하고 안정성을 높일 수 있습니다.
두 번째는 음극 소재입니다. 실리콘-탄소 복합소재로 대표되는 새로운 고용량 음극 소재가 미래 개발 트렌드입니다.
세 번째는 전해질로, 주로 기존 전해질의 열악한 고온 안정성 문제를 해결하고 새로운 전해질을 연구하며 점차 고분자 전해질로 발전하고 최종적으로 전고체 전해질로 발전하는 것을 목표로 합니다. 배터리 재료에서 고체 전해질 재료의 연구, 개발 및 적용은 리튬 배터리의 성능을 개선하고 생산 비용을 절감하며 안정성과 안전성을 향상시키는 데 큰 의미가 있습니다.
네 번째는 차세대 수성 바인더입니다. 다양한 수성 공중합체 바인더, 고온 및 저온에 강한 차세대 다성분 공중합체 바인더, 보다 우수한 노화 방지 특성을 가진 방향으로 더 많은 연구가 개발될 것입니다. 앞으로 수성 바인더에 대한 연구는 리튬 배터리 소재에서 리튬 이온 배터리 전극을 제조하는 데 중요한 방향 중 하나가 될 것입니다.
중국 리튬 배터리 소재 개발과 4가지 트렌드
지난 10년 동안 중국은 리튬 개발에서 큰 진전을 이루었습니다. 배터리 재료하지만 중국의 리튬 배터리 기술과 국제 선진 기술 사이에는 여전히 일정한 격차가 있음을 알아야 합니다. 향후 리튬 배터리의 개발은 배터리 재료의 발전과 배터리 재료의 업그레이드 및 지속적인 반복에 초점을 맞출 것입니다.
리튬 배터리 산업 체인의 핵심 소재로서 이러한 배터리 소재의 국산화와 지속적인 기술 발전은 중국의 리튬 배터리 기술이 세계를 선도하는 데 큰 의미가 있습니다.
중국의 리튬 배터리 소재와 기술이 빠르게 발전하고 있습니다.
리튬은 화학 원소 주기율표에서 원자량이 가장 작은 금속 원소이며 밀도가 가장 작고 전기 화학적 등가량이 가장 작으며 전극 전위가 가장 낮은 금속이기도 합니다. 리튬 배터리는 다음과 같은 장점으로 오늘날 주류가 되었습니다:
● 높은 비에너지. 질량 비에너지와 부피 비에너지 측면에서 리튬 배터리는 납축 배터리보다 3배 이상 높습니다.
● 긴 주기 수명. 일반적으로 납축 배터리의 사이클 횟수는 약 400~600회로 리튬 배터리보다 적습니다.
● 넓은 충전 전력 범위. 1~3C에서 고속 충전이 가능하며, 충전 효율은 85% 이상으로 전기 제어 기술의 지속적인 발전으로 더욱 향상될 것입니다;
● 고속 방전 성능. 리튬 배터리의 방전 속도는 납축 배터리보다 높습니다. 일반 리튬 배터리는 2-3C 방전이 가능하며, 고속 방전 기능을 갖춘 리튬 배터리도 있습니다.
중국은 또한 리튬 배터리 개발을위한 포괄적 인 과학 기술 계획을 세웠고 리튬 배터리 개발을위한 좋은 기반을 마련하기 위해 일련의 정책을 발표했습니다. 일반적으로 리튬 배터리의 글로벌 기술 원천은 주로 일본, 중국, 한국이며, 그중 일본은 리튬 배터리 재료 연구 특허에서 우위를 점하고 있습니다.
리튬 배터리 소재에 초점을 맞춰 일정 기간 동안 고에너지 밀도, 저비용, 안전 및 경량 배터리 소재에 대한 투자를 늘려 연구 개발 및 연구를 수행해야합니다. 중국이 가능한 한 빨리 전체 리튬 배터리 산업 체인의 핵심 배터리 재료 제조 기술을 돌파하고 대규모 생산을 형성하며 새로운 배터리 재료 반복 및 기술 반복을 지속적으로 수행하도록합니다.
여러 리튬 배터리 소재 개발
하이 니켈 음극 소재
배터리 재료에서 3진법 음극 재료 는 니켈-코발트-알루미늄산 리튬(NCA)과 니켈-코발트-망간산 리튬(NCM)으로 나뉩니다. 니켈 함량이 높아질수록 삼원계 양극재의 배터리 용량은 증가하는 반면 사이클 성능은 저하됩니다. 고니켈 양극재의 장점은 비용량이 높고 전력 배터리에 탁월한 선택이라는 점입니다. 하이니켈은 비용량이 높다는 장점이 있지만 구조 및 표면 변화로 인해 사이클 성능이 저하되는 경우가 많습니다. 이에 따라 하이니켈 양극재의 주요 문제점은 다음과 같습니다:
화학량론적 비율로 물질을 합성하기 어려운 경우;
공기 중 CO2 및 수분과 반응하기 쉬운 총 알칼리 함량이 높습니다;
열 안정성 및 안전성 저하.
따라서 하이니켈 삼원계 양극재의 성능을 향상시키기 위한 개질 기술에 대한 연구가 필요합니다. 하이 니켈 삼원계 양극재의 생산 공정에는 석출 혼합, 포팅, 소성, 분쇄, 등급 지정, 불순물 제거, 포장 등의 단계가 포함됩니다. 일반 삼원계 소재와의 차이점은 주로 원료 요구 사항이 높고 공정이 더 복잡하며 준비가 어렵기 때문에 비용이 상대적으로 높다는 것입니다.
지난 2 년 동안 개발이 있었지만 하이 니켈 삼원계 양극재의 전체 시장 점유율은 크지 않지만 하이 니켈 생산 능력이 출시되고 있으며 시장은 점차 하이 니켈 삼원계 재료의 적용을 발전시키고 있으며 기술도 지속적으로 개선되고 있습니다.
고체 전해질
리튬 배터리 소재 중 액체 전해질 대신 고체 전해질은 리튬 이온 배터리의 안전 문제를 전력으로 해결하는 중요한 수단으로 꼽힙니다. 리튬 이온 배터리는 일반적으로 가연성 유기 전해질을 사용합니다. 전력 배터리로 사용할 경우 과충전이나 우발적인 충돌로 인해 전해액에 불이 붙어 안전사고가 발생할 수 있습니다. 액체 전해질의 장점은 전극과 전해질 사이의 접촉 면적을 최대화하여 전기 화학적 임피던스를 줄일 수 있다는 것입니다.
그러나 액체 전해질은 낮은 열역학적 안정성, 낮은 리튬 이온 전도도, 농도 편광, 좁은 작동 온도 범위, 쉬운 화재 및 누출과 같은 단점이 있습니다. 반면 배터리 소재에서 고체 전해질의 장점은 우수한 안전성, 우수한 가공성, 간소화된 배터리 구조, 넓은 작동 온도 범위, 우수한 화학적 및 전기화학적 안정성, 긴 사이클 수명 등입니다. 그러나 고체 전해질도 해결해야 할 문제가 있는데, 대부분의 리튬 이온 전도 효율이 매우 낮고 금속 리튬과 안정적으로 존재할 수 없다는 점입니다.
전해질과 전극 사이의 접촉 면적이 제한되어 있기 때문에 전기 화학적 임피던스가 큽니다. 고체 전해질은 전기 화학적 및 화학적 안정성 측면에서 음극 및 양극 배터리 재료와 호환되지 않습니다. 현재 고체 전해질에 대한 연구는 계속 진행 중이며 고체 전해질의 재료는 계속해서 개선되고 더 많은 돌파구를 마련할 것입니다.
실리콘 음극 재료
상업용 리튬 이온 배터리 음극 재료는 주로 흑연이지만 이러한 유형의 배터리 재료의 비 용량은 매우 낮고 고속 충전 및 방전 성능이 좋지 않습니다. 단일 실리콘 음극 소재의 이론적 비 용량은 4200mA-h/g으로 천연 흑연의 10배 이상이며, 작동 전압은 0.3V로 낮습니다. 전력 배터리의 요구를 충족하기 위해 리튬 이온 배터리의 더 높은 비 용량을 달성하기 위해 실리콘 음극 배터리 재료에 많은 연구가 투자되었습니다. 실리콘 기반은 현재 중요한 연구 핫스팟이며 가장 잠재력 있는 음극 재료 중 하나로 간주됩니다.
그러나 실리콘 기반 음극은 용량이 크고 배터리 소재의 부피 변화가 큽니다. 현재 첨가제 및 기타 수단은 주로 음극 재료의 그램 용량, 사이클 안정성 및 액체 흡수 용량을 개선하는 데 사용됩니다. 현재 충전-방전 사이클 동안 실리콘 양극 재료는 리튬 인터칼레이션 및 박리화로 인해 큰 부피 변화를 일으켜 활성 재료의 분쇄 및 박리로 이어져 전극의 사이클 성능을 저하시킵니다.
실리콘-탄소 복합 음극재를 개발하면 충전 및 방전 시 과도한 부피 팽창으로 인한 실리콘의 파쇄를 효과적으로 방지할 수 있습니다. 또한, 코팅 배터리 소재로서 탄소는 전극 소재와 전해질 사이의 계면을 효과적으로 안정화할 수 있습니다. 따라서 실리콘-탄소 복합재는 차세대 고에너지 밀도 리튬 이온 배터리의 음극으로 흑연을 대체할 것으로 기대됩니다.
리튬 배터리 바인더
리튬 배터리 재료에서 리튬 배터리 용 특수 바인더의 역할은 전극 활성 재료를 결합 및 유지하고, 전극 활성 재료와 전도성 제, 활성 재료 및 집전체 간의 전자 접촉을 향상시키고, 극 조각의 구조를 더 안정화시키는 것입니다. 리튬 배터리의 음극과 양극의 부피는 충전 및 방전 중에 팽창하거나 수축하기 때문에 바인더는 특정 완충 역할을해야합니다.
활성 물질이 포함된 코팅막은 집전체에서 분리되거나 균열이 발생하지 않습니다. 사용되는 바인더의 양은 적지만 바인더의 성능은 리튬 이온 배터리의 정상적인 생산과 최종 성능에 큰 영향을 미치며 배터리 산업에서 매우 중요한 보조 배터리 소재입니다.
배터리 재료의 리튬 배터리 특수 바인더는 주로 유기 용매를 분산제로 사용하는 지용성 바인더와 물을 분산제로 사용하는 수성 바인더의 두 가지 범주로 나뉩니다. 바인더의 성능은 배터리 성능에 직접적인 영향을 미치므로 적합한 리튬 배터리 바인더는 전해질에서 저항이 낮고 안정적인 성능이 필요합니다. 바인더는 배터리의 사이클 성능, 급속 충전 및 방전 기능을 개선하고 배터리의 내부 저항을 줄이는 데 중요한 역할을 합니다.
미래 리튬 배터리 소재 개발의 4가지 주요 트렌드
리튬 배터리의 기술 발전은 주로 주요 배터리 재료의 혁신 및 응용 연구에서 비롯되며 주요 연구 개발 방향은 여전히 리튬 이온 배터리 재료에 초점을 맞추고 있습니다. 이는 배터리의 안전 성능에 새로운 돌파구를 가져올 것입니다. 리튬 배터리 재료의 개발 추세는 주로 다음 네 가지 주요 측면에 반영됩니다:
하나는 양극재로, 주로 하이니켈 삼원계 소재를 기반으로 개발되며, 이를 통해 에너지 밀도를 높이면서 비용을 절감하고 안정성을 높일 수 있습니다.
두 번째는 음극 소재입니다. 실리콘-탄소 복합소재로 대표되는 새로운 고용량 음극 소재가 미래 개발 트렌드입니다.
세 번째는 전해질로, 주로 기존 전해질의 열악한 고온 안정성 문제를 해결하고 새로운 전해질을 연구하며 점차 고분자 전해질로 발전하고 최종적으로 전고체 전해질로 발전하는 것을 목표로 합니다. 배터리 재료에서 고체 전해질 재료의 연구, 개발 및 적용은 리튬 배터리의 성능을 개선하고 생산 비용을 절감하며 안정성과 안전성을 향상시키는 데 큰 의미가 있습니다.
네 번째는 차세대 수성 바인더입니다. 다양한 수성 공중합체 바인더, 고온 및 저온에 강한 차세대 다성분 공중합체 바인더, 보다 우수한 노화 방지 특성을 가진 방향으로 더 많은 연구가 개발될 것입니다. 앞으로 수성 바인더에 대한 연구는 리튬 배터리 소재에서 리튬 이온 배터리 전극을 제조하는 데 중요한 방향 중 하나가 될 것입니다.
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