鉅大LARGE | 點擊量：1203次 | 2022年08月03日
鋰離子電池負極材料產業(yè)的未來趨勢和發(fā)展是什么？
行業(yè)趨勢
1、高能量密度和快充是未來技術趨勢
2、政策和市場需要高能快充技術方案
國家政策方面，工信部等四部委在《促進汽車動力電池產業(yè)發(fā)展行動方案》中明確提出:2020年，鋰離子電池單體比能量>300Wh/kg，系統(tǒng)比能量爭取達到260Wh/kg。
石墨負極材料的性能已接近其理論極限，以石墨材料為負極的技術方案無法達到這一要求。
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%
2018年《關于調整新能源汽車推廣應用財政補貼的通知》中的財政補貼對應的電池單體比能量、續(xù)航里程等性能要求向上遷移，對電池性能要求升高，鼓勵行業(yè)發(fā)展高能量密度的電池解決方案。市場客戶需求方面，鋰電池的充電便利性和續(xù)航里程是影響客戶體驗的重要因素。
《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄(2018年第3批)》中的純電動乘用車車型平均續(xù)航里程已經(jīng)超過350km。但是，一般的新能源汽車充電時間在5-8個小時左右，快充時間在1-2個小時左右。
相比傳統(tǒng)能源車型，新能源汽車在使用便利性，尤其是在電池的高能量密度和快充性能上還有很大提升空間。
鈦酸鋰仍占一席，快充性能優(yōu)異
鈦酸鋰快充性能優(yōu)異。鈦酸鋰具有尖晶石結構所特有的三維鋰離子擴散通道，因此功率特性優(yōu)異。鋰離子在鈦酸鋰晶體中的擴散系數(shù)是2x10-8cm2/s,比石墨負極高了一個數(shù)量級。鈦酸鋰電池充電倍率可以達到10-20C，而普通石墨負極材料的充電倍率僅有2-4C。
鈦酸鋰在電動大巴和儲能領域應用普及。鈦酸鋰電池安全性高、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍廣、可快速充放電，因此在電動商用車(巴士、軌道交通等)、儲能市場(調頻、電網(wǎng)質量、風場等)及工業(yè)領域(港口機械、叉車等)應用較為廣泛。
國內的新能源整車廠家珠海銀隆，采用的也是鈦酸鋰作為負極的電池技術方案。
硅碳復合材料能量密度高，將成負極材料未來方向
硅材料比容量高，可快充，最具發(fā)展前景。石墨的理論能量密度是372mAh/g，而硅的理論能量密度超過其10倍，高達4200mAh/g。使用硅材料作電池負極來提升電池能量密度，已經(jīng)成為業(yè)界公認的方向之一。
我國負極材料生產企業(yè)貝特瑞的硅碳復合負極材料已經(jīng)量產，客戶為韓國三星。
硅材料量產尚有瓶頸，硅碳復合大勢所趨。
硅材料使用的瓶頸在于其循環(huán)性能較差:硅顆粒在脫嵌鋰時的高膨脹率(硅負極充放電膨脹可達360%，而普通石墨僅為10%)導致負極在循環(huán)過程中快速衰減;硅顆粒表面SEI膜持續(xù)生長會對電解液和鋰離子造成不可逆消耗。
目前，相對較為成熟的技術方案是，采用體積效應小、循環(huán)穩(wěn)定性好的碳材料作為載體，摻入高比容量的硅材料作為主要活性體，以此合成硅碳復合材料。硅碳復合材料能夠有降低硅材料在充放電過程中體積膨脹造成的負面影響。
硅碳復合的工藝方式有包覆、摻雜和嵌入。特斯拉使用了碳包覆氧化亞硅的技術方案，通過在人造石墨中加入10%的硅基材料，已將硅碳復及材料應用到量產車型Model3。其電池能量密度達到300wh/kg，電池容量達到了550mAh/g以上。
