各大鋰電池廠商積極推進(jìn)硅碳鋰電負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化

來源：存能電氣  日期：2019-12-03 13:31  瀏覽量：次

　　各大鋰電池廠商積極推進(jìn)硅碳鋰電負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化。隨著新能源汽車在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)續(xù)航里程要求的不斷提高，材料體系明顯已無法滿足現(xiàn)實(shí)需求，目前，硅碳材料已成為鋰電池廠商和鋰電材料商改善負(fù)極的最優(yōu)先選擇?，F(xiàn)狀是發(fā)展大部分材料商都展開了對(duì)硅碳復(fù)合材料做負(fù)極材料的研究和生產(chǎn)。

　　各大鋰電池廠商積極推進(jìn)硅碳鋰電負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化

　　硅是半導(dǎo)體材料，為了利于鋰離子在硅電極材料中的擴(kuò)散，就需要提高硅的導(dǎo)電性能，目前選擇較多的是碳材料。利用不同形態(tài)的碳材料來符合硅，并進(jìn)行改性處理，構(gòu)件均勻的導(dǎo)電三維結(jié)構(gòu)，形成穩(wěn)定性高、導(dǎo)電性好的硅碳負(fù)極材料。

　　硅碳負(fù)極作為新型鋰電池負(fù)極材料，對(duì)于提升電池能硅碳負(fù)極材料應(yīng)用前景越來越光明密度能發(fā)揮比當(dāng)前石墨負(fù)極更顯著功效。但是由于其在應(yīng)用方面存在較高壁壘，所以尚處于產(chǎn)業(yè)化前期，當(dāng)前松下已經(jīng)實(shí)現(xiàn)含硅碳負(fù)極材料的18650鋰電池的硅碳負(fù)極材料，同時(shí)特斯拉已經(jīng)將硅碳負(fù)極應(yīng)用于車用動(dòng)力電池，硅碳負(fù)極材料應(yīng)用前景越來越光明。

　　硅碳負(fù)極材料的優(yōu)點(diǎn)

　　1、硅與碳化學(xué)性質(zhì)相近，理論比容量高達(dá)3572mA.h/g，遠(yuǎn)高于商業(yè)化石墨理論比容量，在地殼元素中儲(chǔ)量非常豐富，成本低、環(huán)境友好，因而硅碳負(fù)極材料一直備受科研人員關(guān)注，是最具有潛力的下一代鋰離子電池負(fù)極材料之一。

　　2、碳質(zhì)負(fù)極材料在充放電過程中體積變化較小，具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性能，而且碳質(zhì)負(fù)極材料本身是離子與電子的混合導(dǎo)體；另外，硅與碳化學(xué)性質(zhì)相近，二者能緊密結(jié)合，因此碳常用作硅符合的首選基質(zhì)，硅碳復(fù)合材料綜合了而下者的優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出高比容量的較長(zhǎng)循環(huán)壽命，有望代替石墨成為新一代鋰離子電池負(fù)極材料。

　　硅碳鋰電負(fù)極材產(chǎn)業(yè)應(yīng)用具有較高技術(shù)門檻，硅碳負(fù)極材料是一種使用起來非常困難的材料：

　　①在充放電過程中會(huì)引起硅體積膨脹100%-300%，而石墨材料只有10%左右，所以硅碳鋰電負(fù)極材料收縮會(huì)導(dǎo)致負(fù)極材料的粉末化，從而嚴(yán)重影響鋰電池使用壽命；

　　②硅為半導(dǎo)體、導(dǎo)電性比石墨差很多，導(dǎo)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(yīng)也是使鋰電池循環(huán)壽命變差，所以硅碳負(fù)極的應(yīng)用需要較高的技術(shù)壁壘；

　　看似簡(jiǎn)單的硅碳負(fù)極要想實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并不簡(jiǎn)單，如果單純實(shí)現(xiàn)“2020年，電池單體比能量達(dá)300瓦時(shí)/公斤”的目標(biāo)并不難，但是要想在確保鋰電池的安全性的同時(shí)提高比能量，確實(shí)存在一定難度。目前硅碳負(fù)極材料的總產(chǎn)量尚不足鋰電負(fù)極材料的1%，不過隨著各大負(fù)極企業(yè)的擴(kuò)產(chǎn)和新企業(yè)的崛起，預(yù)計(jì)硅碳材料在近幾年會(huì)正式大批量進(jìn)入市場(chǎng)。

　　盡管目前對(duì)于硅顆粒嵌鋰膨脹、SEI膜不斷破裂生長(zhǎng)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(guó)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(fù)極材料已得到電芯企業(yè)的認(rèn)可。

　　預(yù)計(jì)2020年硅碳鋰電池負(fù)極材料市場(chǎng)空間50億左右，同時(shí)市場(chǎng)集中度將非常高，行業(yè)中硅碳負(fù)極尚未形成廣泛推廣的成熟方案，主流的電池生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于硅碳負(fù)極的使用主要以摻雜形式，我們按照負(fù)極材料中摻雜10%左右的硅碳負(fù)極，預(yù)測(cè)3-5年隨著滲透率提升，硅碳負(fù)極可擁有的市場(chǎng)空間大約為50億左右。