硅碳負(fù)極材料將代替石墨烯鋰電池負(fù)極材料開辟新局面

來源：存能電氣  日期：2019-09-17 15:26  瀏覽量：次

　　硅碳負(fù)極材料將代替石墨烯鋰電池負(fù)極材料開辟新局面。鋰離子電池作為儲(chǔ)能系統(tǒng)中重要組成部分被廣泛關(guān)注，目前鋰離子電池負(fù)極材料中常用的是碳類負(fù)極材料，但是由于碳類負(fù)極材料比容量比較低，很難適應(yīng)人們對(duì)高性能儲(chǔ)能材料的要求，所以急需開發(fā)一種新的負(fù)極材料。納米硅碳作為鋰電池負(fù)極材料，具有高儲(chǔ)鋰容量、良好電子通道、較小應(yīng)變及促使SEI膜穩(wěn)定生長(zhǎng)的環(huán)境?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，該材料有望取代石墨烯成為下一代高能量密度鋰離子電池負(fù)極材料，開辟新局面。

　　硅碳材料主要結(jié)構(gòu)

　　包覆型：包覆結(jié)構(gòu)是在活性物質(zhì)硅表面包覆碳層，緩解硅的體積效應(yīng)，增強(qiáng)其導(dǎo)電性。根據(jù)包覆結(jié)構(gòu)和硅顆粒形貌，包覆結(jié)構(gòu)可分為核殼型、蛋黃-殼型以及多孔型；

　　嵌入型：嵌入型硅碳復(fù)合材料是將硅顆粒通過物理或者化學(xué)手段分散到碳載體中，硅顆粒與碳基體結(jié)合緊密，形成穩(wěn)定的兩相或者多相體系，依靠碳載體為電子和離子提供傳輸通道和支撐骨架，提供材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

　　硅碳負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀

　　硅碳負(fù)極作為新型鋰離子電池負(fù)極材料，在提升電池能量密度方面比當(dāng)前石墨負(fù)極更高效。但是由于其在應(yīng)用方面存在較高壁壘，所以在國(guó)內(nèi)還處于產(chǎn)業(yè)化前期。國(guó)外方面，松下已經(jīng)實(shí)現(xiàn)含硅碳負(fù)極材料的18650電池的量產(chǎn)，而特斯拉已經(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，未來硅碳負(fù)極材料很可能成為負(fù)極材料中的佼佼者。

　　最新調(diào)研統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2017年中國(guó)鋰電池硅碳負(fù)極材料產(chǎn)量已經(jīng)超過了1500噸，同比增長(zhǎng)超過130%，其中前五企業(yè)市場(chǎng)集中度占比超過90%。但從目前市場(chǎng)總體產(chǎn)量來看相對(duì)較小，在全年鋰電負(fù)極材料總產(chǎn)量中僅占比1%。預(yù)計(jì)硅碳材料行業(yè)即將在2018年下半年開始真正大面積登上鋰電池負(fù)極材料大舞臺(tái)，未來必會(huì)逐步替代現(xiàn)有的石墨類材料。

　　硅碳負(fù)極材料應(yīng)用前景

　　近年來，我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，全球市場(chǎng)份額不斷攀升，在大規(guī)模的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)投資的帶動(dòng)下，鋰電池負(fù)極材料的需求不斷上升。硅負(fù)極相比石墨負(fù)極具有更高的質(zhì)量能量密度和體積能量密度，因此硅負(fù)極材料將具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

　　便攜式消費(fèi)電子領(lǐng)域也將是納米硅碳負(fù)極材料大規(guī)模應(yīng)用的另一個(gè)重要領(lǐng)域。隨著全球移動(dòng)通訊技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化娛樂便攜設(shè)備應(yīng)用的逐步普及，數(shù)碼類電子產(chǎn)品領(lǐng)域的需求將保持持續(xù)增長(zhǎng)，其中智能手機(jī)、平板電腦、可穿戴式智能設(shè)備及移動(dòng)電源的市場(chǎng)前景最為廣闊。由于智能手機(jī)等也對(duì)鋰離子電池的能量密度等提出了更高的要求，所以也將成為高比容量納米硅碳負(fù)極材料的廣闊市場(chǎng)。

　　硅碳負(fù)極材料成為未來發(fā)展方向

　　負(fù)極材料技術(shù)相對(duì)比較成熟，且其集中度較高，產(chǎn)能由日本向中國(guó)轉(zhuǎn)移比較明顯。目前負(fù)極材料以碳素材料為主，占鋰電池成本較低，在國(guó)內(nèi)基本全面實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。從區(qū)域看，中國(guó)和日本是全球主要的產(chǎn)銷國(guó)，動(dòng)力電池企業(yè)采購負(fù)極主要來自于日本企業(yè)。

　　2015年，全球負(fù)極材料總體出貨量為11.08萬噸，同比增長(zhǎng)29.59%。其中中國(guó)負(fù)極材料的出貨量達(dá)到7.28萬噸，同比增長(zhǎng)41.1%，占比高達(dá)66%。近幾年，隨著中國(guó)生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，中國(guó)又是負(fù)極材料原料的主要產(chǎn)地，鋰電負(fù)極產(chǎn)業(yè)不斷向中國(guó)轉(zhuǎn)移，市場(chǎng)占有率不斷提高。硅碳負(fù)極材料是未來鋰電池負(fù)極材料最具應(yīng)用潛力的，可見硅碳負(fù)極材料的市場(chǎng)容量有多大，這也解釋了目前為何有眾多企業(yè)和研究單位布局硅碳負(fù)極材料。

　　政策性的推動(dòng)將進(jìn)一步促使新能源動(dòng)力電池的高速發(fā)展，硅碳負(fù)極材料作為高倍率、高能量型新材料是目前最具備產(chǎn)業(yè)化的首選材料，同時(shí)硅碳材料也是目前最具商業(yè)化的高能量密度新型負(fù)極材料，在未來二到三年內(nèi)也必將迎來大爆發(fā)，行業(yè)前景廣闊。