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：

　?、僭诔浞烹娺^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；

　?、诠铻榘雽?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；

　　看似簡單的硅碳負(fù)極要想實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并不簡單，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。

　　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(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)極材料市場空間50億左右，同時(shí)市場集中度將非常高，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3-5年隨著滲透率提升，硅碳負(fù)極可擁有的市場空間大約為50億左右。