锂离子电池电解质技术概况

　锂离子电池制造所需的正极材料、负极材料、隔膜和电解质材料被称为锂离子电池4大关键材料，其中，锂离子电池电解质按其存在形态大致可以分为液态电解质、凝胶态电解质和固态电解质3种。从1991年全球第一只商业化锂离子电池诞生至今，锂离子电池电解质材料呈现出从液态到固态逐步发展的过程。现阶段，在电解质市场居统治地位的是液态电解质，一般称之为电解液。

 

　　电解液一般由高纯度的有机溶剂、溶质以及必要的功能添加剂等原料在一定条件下，按一定比例配制而成。表1列出了目前电解液主要使用的有机溶剂、溶质和功能添加剂情况。

 

　　其中，有机溶剂是电解液的主体部分，目前市场上常用的有机溶剂有碳酸丙烯酯（PC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二甲酯（DMC）等；而在溶质方面，目前基本上集中在了六氟磷酸锂（LiPF6）上。一般而言，电解液中有机溶剂和溶质容易分析并模仿，但添加剂成分通常很难分析出来，因此可以说，添加剂成分是电解液企业的技术核心所在。

 

　　全球锂离子电池企业巨头如松下电器产业株式会社、索尼株式会社、三星SDI公司、LG化学公司等都有自己独特的添加剂技术，外购电解液后会再进行适当的加工和改性，以更符合自身锂离子电池制造需要。中国的一些锂离子电池企业也是如此，如中信国安盟固利动力科技有限公司（简称“盟固利”）等。盟固利在开发用于2008年北京奥运会电动客车动力锂离子电池的时候，当时市场上尚未出现能够满足需求的电解液产品，就需要自己开发适合自身动力锂离子电池技术相关的添加剂产品。

 

　　因苹果（Apple）系列产品的应用而快速发展起来的聚合物锂离子电池是目前研究和开发热点。其使用的电解质材料是一种介于液态和固态之间的凝胶态电解质，属于聚合物电解质的一种。聚合物电解质含有聚合物材料且能像液体一样导电，其主要优点是无漏液，用聚合物电解质制备的聚合物锂离子电池的安全性也有了一定程度的提高，最重要的是电池尺寸和形状具备一定的可塑性，便于下游应用产品的设计和开发。

 

　　聚合物电解质按存在形态大致可分为干胶态电解质和凝胶态电解质2大类，其中干胶态聚合物电解质就是一种固态电解质。固态电解质大致可分为无机固态电解质和有机固态电解质2大类。干胶态聚合物电解质属于后者，它是将溶质（锂盐）溶解在高分子聚合物中得到的。近年来，锂离子电池用无机固态电解质技术开发也成为了研究热点。无机固态电解质主要包括晶态电解质（通常又称陶瓷电解质）和非晶态电解质（通常又称玻璃电解质），目前研究较多的是前者。

 

　　总的来说，在动力锂离子电池应用领域，现在主流的液态电解质和凝胶态电解质都存在一定的安全隐患，因此，发展防短路、防过充、防热失控、防燃烧及不燃性电解液是应对动力电池安全性的关键。不过，要开发这样的电解液产品，就连在电解液综合技术实力排名全球首位的日本宇部兴产株式会社（UBE，下面简称“宇部兴产”）都认为很难，因此，一些企业和科研机构决定绕开这条路，不去开发新型电解液技术，而努力尝试开发固态电解质技术。经过多方努力，目前固态电解质技术攻关已经大有进展。真锂研究认为，使用固态电解质的全固态锂离子电池在2015年之后很可能高速度发展，逐渐蚕食现有液态锂离子电池的市场份额。另外，由于固态电解质同时还可以起到隔膜的作用，全固态锂离子电池不需要隔膜材料，因此，如果全固态锂离子电池大规模投入商业化应用的话，将会极大影响现有隔膜材料产业的发展。

 

　　二、近两年国内外电解液产业发展态势

 

　　2011年和2012年两年，由于全球3C电子产品市场的更新换代和xEV〔指混合动力汽车（HEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）、纯电动汽车（EV）以及以电动自行车和低速电动汽车为代表的LEV等电动交通工具的总称〕市场的高速发展，锂离子电池市场销量增长迅速。真锂研究的初步统计结果显示：2012年全球锂离子电池市场规模超过3800万kWh，较2011年的2663.58万kWh增长了42.5%以上，与真锂研究2012年初的预计基本相当。其中，3C电子产品用小型锂离子电池市场规模超过了2750万kWh；电动工具、xEV以及ESS/UPS（指储能领域）用动力锂离子电池市场规模超过了1050万kWh，较2011年的530万kWh几乎翻了一番。具体地看：

 

　　1.中国企业的市场份额继续高速成长

 

　　锂离子电池市场的快速增长直接带动了电解液材料产业的大发展。据真锂研究不完全统计显示，全球2011年共销售锂电池电解液材料3.08万t，2012年迅速上升到4.41万t，市场增幅高达43.18%。其中，中国企业（这里仅指大陆地区）2012年共销售电解液2.28万t，较2011年的1.50万t增加了48.70%；同时，中国企业2012年的全球市场份额，也由2011年的48.70%上升到51.70%，首次突破一半。2011年和2012年全球主要国家和地区企业电解液材料市场占比分别如图1中（a)和（b）所示。