鉅大LARGE | 點擊量：631次 | 2022年08月17日
鋰電池負極材料"四大霸主"有什么特點
鋰離子電池的負極是由負極活性物質(zhì)碳材料或非碳材料、粘合劑和添加劑混合制成糊狀膠合劑均勻涂抹在銅箔兩側(cè)，經(jīng)干燥、滾壓而成。負極材料是鋰離子電池儲存鋰的主體，使鋰離子在充放電過程中嵌入與脫出。
鋰電池充電時，正極中鋰原子電離成鋰離子和電子，并且鋰離子向負極運動與電子合成鋰原子。放電時，鋰原子從石墨晶體內(nèi)負極表面電離成鋰離子和電子，并在正極處合成鋰原子。
負極材料主要影響鋰電池的首次效率、循環(huán)性能等，負極材料的性能也直接影響鋰電池的性能，負極材料占鋰電池總成本5~15%左右。負極材料種類上，包括碳系負極、非碳性負極。從技術(shù)角度來看，未來鋰離子電池負極材料將會呈現(xiàn)出多樣性的特點。
隨著技術(shù)的進步，目前的鋰離子電池負極材料已經(jīng)從單一的人造石墨發(fā)展到了天然石墨、中間相碳微球、人造石墨為主，軟碳/硬碳、無定形碳、鈦酸鋰、硅碳合金等多種負極材料共存的局面。
四種負極材料對比
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
獨占一方的石墨烯
石墨烯是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體，因為質(zhì)地薄、硬度大且電子移動速度快而被科學家廣泛推崇，并冠以“新材料之王”的美譽。盡管這位“王者”優(yōu)異的化學性能被新能源市場所看好，但是至今為止依然停留在“概念化”的階段。
如果將石墨烯用作鋰電負極材料的話，需要獨立的上下游產(chǎn)業(yè)鏈、昂貴的價格還有復(fù)雜的工藝，這讓眾多負極材料廠商望而卻步。盡管如此，國內(nèi)依然有一些企業(yè)砥礪前行，目前中國安寶、大富科技以及貝特瑞等知名企業(yè)已經(jīng)開始布局石墨烯產(chǎn)業(yè)。
但是，行業(yè)內(nèi)關(guān)于石墨烯用作負極材料的質(zhì)疑也在不斷發(fā)酵，有人認為石墨烯的振實和壓實密度都非常低，又加之成本昂貴，作為電池負極材料前景十分渺茫。但是鑒于它的熱潮還在持續(xù)，說它是“一方霸主”也不為過。
控制“主場”的人工石墨
目前負極材料主要以天然石墨和人造石墨為主，這兩種石墨各有優(yōu)劣。湖州創(chuàng)亞總經(jīng)理胡博表示：“天然石墨克容量較高、工藝簡單、價格便宜，但吸液及循環(huán)性能差一些；人造石墨工藝復(fù)雜些、價格貴些，但循環(huán)及安全性能較好。通過各種手段的技術(shù)改進，這兩種石墨負極材料都可以‘揚長避短’，但就目前來看，人造石墨用于動力電池上占據(jù)一定的優(yōu)勢”。
而這一說法也在市場中得到了印證。相關(guān)媒體調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，今年第一季度中國天然石墨產(chǎn)量4770噸，同比增長16.3%；人造石墨出貨15160噸，同比增長110.5%。從以上數(shù)據(jù)來看，人造石墨出貨量遠高于天然石墨，而造成這一現(xiàn)象的重要原因，是今年以來市場對動力電池的強勁需求。
性能穩(wěn)定的中間相碳微球
中間相碳微球具有高度有序的層面堆積結(jié)構(gòu)，是典型的軟碳，石墨化程度較高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，電化學性能優(yōu)異。據(jù)中咨網(wǎng)研究部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2012年中國負極材料出貨量為27650噸，其中天然石墨出貨量占比59%，人造石墨30%，石墨化中間碳微球8%。就此說來，中間相碳微球是僅次于天然石墨和人工石墨的第三大主流碳類負極材料。
據(jù)涂布在線了解，中間相碳微球在倍率性能上高出天然石墨和人工石墨，用在航模、動力工具上具有明顯的優(yōu)勢。此外，它的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性決定了它不易發(fā)生化學反應(yīng)，使用在鋰電池上加大了安全保證。但是其制作成本高，工藝復(fù)雜且容易被替代，因此中間相碳微球產(chǎn)銷一直處于穩(wěn)定地位，沒有被過多的發(fā)展。
“新大陸”硅碳復(fù)合材料
近日，一篇文章吸引了小編的注意，題目為《“硅”與“石墨”的愛恨情仇！》。文章中寫道，硅負極材料理論容量比達到4200mAh/g以上，遠高于石墨類負極(372mAh/g)。但硅負極材料卻存在天然的缺陷，即鋰嵌入到硅的晶胞內(nèi)，會導致硅材料發(fā)生嚴重的膨脹，造成容量迅速下降，為了克服硅負極材料的這些缺點，科學家將硅負極和石墨材料結(jié)合在一起，硅碳復(fù)合材料由此而生，并被稱為“鋰電負極材料的新大陸”。
據(jù)涂布在線了解，特斯拉發(fā)布的Model3就采用了硅碳負極作為動力電池新材料。通過在人造石墨中加入10%的硅基材料，特斯拉讓電池容量達到了550mAh/g以上，電池能量密度可達300wh/kg?，F(xiàn)在，這種用硅碳復(fù)合材料來提升電池能量密度的方式已是業(yè)界公認的方向之一。
負極材料“四大霸主”雖各有千秋。但就目前的負極材料市場看來，石墨烯未來的發(fā)展捉摸不定。而近年來一直處于消費首位的人工石墨，也面臨著高性能的硅碳復(fù)合材料的挑戰(zhàn)，世界新能源汽車市場的領(lǐng)頭者特斯拉對硅碳復(fù)合材料的使用，必定會掀起一陣硅碳復(fù)合材料的熱潮，受其影響，未來鋰電池負極材料市場或?qū)⒅匦孪磁?。而一直處于穩(wěn)定地位的中間相碳微球，未來則不會產(chǎn)生太大的波動。
