鋰電池廠家預測硅碳負極材料是鋰電池負極材料的發(fā)展重點

來源：存能電氣  日期：2019-11-07 13:16  瀏覽量：次

　　鋰電池廠家預測硅碳負極材料是鋰電池負極材料的發(fā)展重點。目前，我國硅、碳原料的產(chǎn)量基本上自用有余，價格相對穩(wěn)定，性價比高。硅碳材料作為基礎(chǔ)性材料早已滲入到人們的日常生活當中，在新能源領(lǐng)域正逐漸改變著人類社會的交流和生活方式。

　　鋰電池廠家預測硅碳負極材料是鋰電池負極材料的發(fā)展重點

　　硅基負極材料因具有較高的理論儲鋰容量,將替代傳統(tǒng)的石墨負極材料成為下一代鋰離子電池最有前景的負極材料之一。然而,硅作為負極材料體積膨脹率大、導電率低、易被電解液分解產(chǎn)生的HF腐蝕,這些缺點限制了其在商業(yè)應用中的發(fā)展。

　　碳具有穩(wěn)定性高、導電性好、價格低、來源廣等優(yōu)點,但其理論儲鋰容量較低,僅約為硅的1/10。為解決鋰離子電池硅材料存在的問題,目前主要采用將硅與碳進行復合的辦法,制備出儲電量高、導電性好、循環(huán)性能優(yōu)異的硅-碳復合負極材料。

　　目前硅碳負極材料的總產(chǎn)量尚不足鋰電負極材料的1%，不過隨著各大負極材料鋰電池廠家的擴產(chǎn)和新企業(yè)的崛起，預計硅碳材料在近幾年會正式大批量進入市場。

　　硅是目前人類至今為止發(fā)現(xiàn)的比容量最高的鋰離子電池負極材料,是一種最有潛力的負極材料，硅材料的理論比容量很高，硅碳符合后能量密度可提高達200%以上，既能滿足便攜式大功率電源的容量要求，也能滿足混合電動汽車對鋰離子電池提出的高功率需要。

　　硅碳負極材料的研究難點

　　體積膨脹導致的循環(huán)壽命、安全問題，為了解決這些問題又會產(chǎn)生新的關(guān)于制備、成本的問題。硅為半導體，導電性比石墨差很多，導致鋰離子脫嵌過程中不可逆程度大，從而降低了其首次庫倫效率，其直接效應也是使鋰電池循環(huán)壽命變差。所以硅碳負極的應用需要較高的技術(shù)壁壘。

　　在充放電過程中，硅的體積會膨脹100%-300%，不斷的收縮膨脹會造成硅碳負極材料的粉末化，嚴重影響電池壽命。硅的膨脹會在電池內(nèi)部去產(chǎn)生巨大的應力，這種應力會對極片造成擠壓，從而出現(xiàn)極片斷裂；還會造成電池內(nèi)部孔隙率降低，促使金屬鋰析出，影響電池的安全性。

　　解決體積膨脹的問題可以通過控制碳材料中硅的含量、減小硅體積到納米級；或改變石墨質(zhì)地、形態(tài)，實現(xiàn)碳和硅的最佳匹配；或者采用其他物質(zhì)對硅進行包覆，促進膨脹后的復原；還可以采用更適宜的電極材料等一系列方法來減少硅膨脹帶來的諸多問題。

　　盡管目前對于硅顆粒嵌鋰膨脹、SEI膜不斷破裂生長消耗鋰源和電解液等問題還沒有非常完美的解決方法，然而經(jīng)過國內(nèi)外各大企業(yè)和科研院所的多年努力，部分納米硅碳負極材料已得到電芯企業(yè)的認可。

　　國內(nèi)硅碳負極產(chǎn)業(yè)化尚處于初期，但技術(shù)進步非常明顯，其硅碳負極的研發(fā)和生產(chǎn)一直處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。預計2020年硅碳負極材料市場空間50億左右，同時市場集中度將非常高。

　　硅碳負極作為新型鋰離子電池負極材料，在提升電池能量密度方面比當前石墨負極更高效。但是由于其在應用方面存在較高壁壘，所以在國內(nèi)還處于產(chǎn)業(yè)化前期。

　　國外方面，松下已經(jīng)實現(xiàn)含硅碳負極材料的18650電池的量產(chǎn)，而特斯拉已經(jīng)將硅碳負極應用于車用動力電池，硅碳負極材料應用前景越來越光明，未來硅碳負極材料很可能成為負極材料中的佼佼者。