2017年我国负极材料行业发展现状分析【图】

负极材料 2017-09-25 02:37

新能源汽车所用锂电池负极材料多数使用石墨材料，主要分为人造石墨和天然石墨，但是其能量上限受到限制，通常为 372mAh/g。所以而近年来电池厂商和车企不断通过正极材料的改进，以实现电池能量密度、安全性、循环寿命等多方面的提高。而在负极材料方面，石墨烯、硅碳材料通常被认为是提升电池性能的首选。这两种材料在对电池性能具有不同作用。

石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体，其质地薄、硬度大且电子移动速度快的特点能使电池具有更低的电阻、更高的电子迁移速度，能使新能源汽车具备快速充电和更长循环寿命的能力，但对电池容量的提升作用不大。

负极材料性能对比

负极材料	天然石墨	人造石墨	中间相炭微球	石墨烯	钛酸锂	碳硅复合材料
比容量(mAh/g)	340-370	310-360	300-340	400-600	165-170	>1000
首次效率	90%	93%	94%	30%	99%	84%
安全性	一般	一般	一般	一般	高	差
快充特性	一般	一般	一般	差	好	好
优点	技术及配套工艺成熟，成本低	技术及配套工艺成熟，循环性能好	技术及配套工艺成熟，倍率性能耗，循环性能好	电化学储能性能优异，充电速度快，可提高锂电池的负载能力	倍率性能优异，高低温性能优异，循环性能优异，安全性能优异	理论比能量高
缺点	比能量已到极限，循环性能及倍率性能较差，安全性能差	比能量低，倍率性能差，安全性能差	比能量低，安全性能较差，成本高	技术及配套工艺不成熟，成本高	技术及配套工艺不成熟，成本高，能量密度低	技术及配套工艺不成熟，成本高，充放电体积变形，导电率低
发展方向	低成本化，改善循环	提高容量，低成本化，降低内阻	提高容量，低成本化	低成本化，解决与其他材料的配套问题	解决钛酸锂与正极、电解液的匹配问题，提高电池能量密度	低成本化，解决与其他材料的配套问题

相关报告：智研咨询发布的《2017-2023年中国负极材料行业市场运营态势及发展前景预测报告》

但是硅作为负极材料，虽然不具有石墨类材料的层状结构，其储锂机制和其他金属一样，是通过与锂离子的合金化和去合金化进行的，作为锂离子电池理想的负极材料，硅的优点如下：

1、硅可与锂形成 Li4.4Si 合金，理论储锂比容量高达 4200 mAh/g； 2、硅的嵌锂电位（0.5 V）略高于石墨，在充电时不易发生析晶现象；3、硅的惰性更强，不易与电解液发生反应，可以避免有机溶剂的共嵌现象。但同时硅基材料也存在自身缺陷导致目前并未大面积推广：

1、硅与锂生成 Li4.4Si 合金时会充分吸收锂离子，随后其体积会膨胀至 300%，而石墨在吸收锂离子之后膨胀率仅为 7%。当这种反复的体积变化，会造成固态电极变得“松软”，容易导致颗粒粉化，使得活性物质从集流体中脱落，最终崩离影响电极的循环性能。2、电解液中的 LiPF6 分解后产生的微量HF 会腐蚀硅，易引起负极容量的显著衰减，从而使电池的寿命大大降低。3、硅阳极由于充放电时容易膨胀和伸缩，所以会破坏锂电池电解质 SEI膜的形成。这个膜是在锂电池初次循环时所形成的，对于阳极材料有保护作用，可以防止材料结构崩塌。而 SEI膜重复生长，会消耗电解液和锂源，最终导致电池的循环性能变差。

所以尽管采用硅材料做负极，对电池能量密度会有显著提升，但是其也带来电池循环性能等一系列副作用，最终会导致电池寿命缩短。而特斯拉采取的方案是，逐步在石墨阳极中添加少量的硅，在能量密度和循环寿命中寻找平衡点。特斯拉为电池负极材料进行优化改进，在
他普通石墨负极中加入 10%硅材料，从而提升电池整体能量密度，这种在电池能量上的突破带动国内锂电行业在硅碳材料方面的进一步探索和突破。

全球锂电池负极材料消费结构