【中国科学院物理研究所（索鎏敏）】2025年锂离子电池辅材报告_56页_3mb

锂离子电池辅材总结

核心内容

锂离子电池辅材主要包括集流体、粘合剂和导电添加剂，其在电池整体成本中占比约为26.1%，其中集流体占比最高（23.6%~26.1%），粘合剂占比约2.5%，导电添加剂占比相对较小。辅材在提升电池性能方面起着关键作用，包括提高电极导电性、增强电极结构稳定性、改善电池安全性等。

主要观点

1. 集流体

   • 集流体在电池中用于收集电流，是电池的重要组成部分。
   • 正极使用铝箔，负极使用铜箔，其厚度和重量在不断降低，以提高能量密度。
   • 铜集流体成本高于铝集流体，但其在高能量密度金属锂电池中降重效果显著。
   • 超薄铜箔带来电池内阻增加、散热能力下降等问题，需通过新型材料（如铜纳米线、泡沫铜、液态合金涂层等）解决。

2. 粘合剂

   • 粘合剂用于将活性物质、导电剂和集流体粘合在一起，提升电极整体性。
   • 传统粘合剂如PVDF在正极中广泛应用，但成本较高。
   • 水性粘合剂在负极中占主导地位，市场主要由日本企业垄断，但国内正在快速发展。
   • 粘合剂性能需求包括热稳定性、润湿性、化学稳定性、加工性能等。

3. 导电添加剂

   • 导电添加剂用于改善电极的电子导电性，提升电池充放电效率。
   • 主要包括炭黑、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯等。
   • 导电碳添加剂在正极中添加量约3%，新型导电剂如碳纳米管添加量更低，但成本较高。

关键信息

集流体

• 正极集流体：使用铝箔，厚度从16um逐步降低至8um甚至更低。
• 负极集流体：使用铜箔，厚度从12um降低至6um，正在研发4um。
• 集流体材料：铜和铝箔因其良好的导电性和延展性被广泛使用。
• 成本结构：集流体成本由原料成本和制造成本组成，铜集流体价格远高于铝集流体。
• 未来方向：通过超薄铜箔、液态合金涂层、聚合物基材等方法降低集流体重量，提高能量密度和安全性。

粘合剂

• 正极粘合剂：主要使用PVDF，国内研发较少，市场被国外企业垄断。
• 负极粘合剂：以水性粘合剂为主，市场由日本企业主导。
• 粘合剂种类：包括油溶性和水溶性粘合剂，如PVDF、PTFE、PAA、CMC、SBR等。
• 性能需求：需具备良好的热稳定性、润湿性、化学稳定性、加工性能和阻燃性。
• 市场趋势：2019年全球锂离子电池粘合剂市场规模为36亿元，预计2026年将达到158亿元，年复合增长率23.5%。

导电添加剂

• 作用：提高电极电子电导率，降低接触电阻，提升充放电效率。
• 种类：炭黑、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯等。
• 性能差异：炭黑更倾向于提供锂离子导电性，碳纳米管则提供更好的电子导电性。
• 市场渗透：2014-2020年我国导电剂市场渗透率逐步提升，新型导电剂因高效性能而受到重视。

集流体设计与应用

• 下一代高能量密度金属锂电池：通过降重集流体，如铜纳米线、泡沫铜、液态合金涂层等，提升能量密度。
• 无负极金属锂电池：使用液态合金涂层集流体，调控金属锂沉积-溶解行为，提升可逆性。
• 高安全性水系电池：通过亲锂材料修饰（如锡镀层、苯并三唑涂层、银@聚多巴胺-氧化石墨烯）防止集流体腐蚀，提升电池安全性。

电极添加剂应用

• 导电添加剂：包括炭黑、石墨、碳纳米管等，其作用机理包括形成导电网络、增强活性物质间接触等。
• 粘合剂：对电池性能提升至关重要，尽管用量少，但对电极结构稳定性和整体性能有显著影响。

市场与技术发展

• 集流体制造工艺：AI集流体通过轧制，Cu集流体通过压延或电镀。
• 粘合剂市场：全球市场由日本企业主导，但国内企业在逐步发展，进口替代空间大。
• 技术趋势：未来集流体将向更轻、更薄、更安全的方向发展，如使用聚合物基材、液态合金涂层等。

总结

锂离子电池辅材在电池性能和成本中占据重要地位，其设计与选择直接影响电池的能量密度、安全性和寿命。集流体、粘合剂和导电添加剂各有其功能和特点，未来发展方向包括降重、提高导电性、增强稳定性及提升安全性。随着技术进步和市场需求增长，辅材领域仍有较大的发展空间。