鋰電池廠家預(yù)測(cè)硅碳負(fù)極材料是鋰電池負(fù)極材料的發(fā)展重點(diǎn)

來(lái)源：存能電氣  日期：2019-11-07 13:16  瀏覽量：次

　　鋰電池廠家預(yù)測(cè)硅碳負(fù)極材料是鋰電池負(fù)極材料的發(fā)展重點(diǎn)。目前，我國(guó)硅、碳原料的產(chǎn)量基本上自用有余，價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定，性價(jià)比高。硅碳材料作為基礎(chǔ)性材料早已滲入到人們的日常生活當(dāng)中，在新能源領(lǐng)域正逐漸改變著人類社會(huì)的交流和生活方式。

　　鋰電池廠家預(yù)測(cè)硅碳負(fù)極材料是鋰電池負(fù)極材料的發(fā)展重點(diǎn)

　　硅基負(fù)極材料因具有較高的理論儲(chǔ)鋰容量,將替代傳統(tǒng)的石墨負(fù)極材料成為下一代鋰離子電池最有前景的負(fù)極材料之一。然而,硅作為負(fù)極材料體積膨脹率大、導(dǎo)電率低、易被電解液分解產(chǎn)生的HF腐蝕,這些缺點(diǎn)限制了其在商業(yè)應(yīng)用中的發(fā)展。

　　碳具有穩(wěn)定性高、導(dǎo)電性好、價(jià)格低、來(lái)源廣等優(yōu)點(diǎn),但其理論儲(chǔ)鋰容量較低,僅約為硅的1/10。為解決鋰離子電池硅材料存在的問題,目前主要采用將硅與碳進(jìn)行復(fù)合的辦法,制備出儲(chǔ)電量高、導(dǎo)電性好、循環(huán)性能優(yōu)異的硅-碳復(fù)合負(fù)極材料。

　　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)極材料鋰電池廠家的擴(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)。

　　硅是目前人類至今為止發(fā)現(xiàn)的比容量最高的鋰離子電池負(fù)極材料,是一種最有潛力的負(fù)極材料，硅材料的理論比容量很高，硅碳符合后能量密度可提高達(dá)200%以上，既能滿足便攜式大功率電源的容量要求，也能滿足混合電動(dòng)汽車對(duì)鋰離子電池提出的高功率需要。

　　硅碳負(fù)極材料的研究難點(diǎn)

　　體積膨脹導(dǎo)致的循環(huán)壽命、安全問題，為了解決這些問題又會(huì)產(chǎn)生新的關(guān)于制備、成本的問題。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(kù)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。

　　在充放電過程中，硅的體積會(huì)膨脹100%-300%，不斷的收縮膨脹會(huì)造成硅碳負(fù)極材料的粉末化，嚴(yán)重影響電池壽命。硅的膨脹會(huì)在電池內(nèi)部去產(chǎn)生巨大的應(yīng)力，這種應(yīng)力會(huì)對(duì)極片造成擠壓，從而出現(xiàn)極片斷裂；還會(huì)造成電池內(nèi)部孔隙率降低，促使金屬鋰析出，影響電池的安全性。

　　解決體積膨脹的問題可以通過控制碳材料中硅的含量、減小硅體積到納米級(jí)；或改變石墨質(zhì)地、形態(tài)，實(shí)現(xiàn)碳和硅的最佳匹配；或者采用其他物質(zhì)對(duì)硅進(jìn)行包覆，促進(jìn)膨脹后的復(fù)原；還可以采用更適宜的電極材料等一系列方法來(lái)減少硅膨脹帶來(lái)的諸多問題。

　　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。

　　國(guó)內(nèi)硅碳負(fù)極產(chǎn)業(yè)化尚處于初期，但技術(shù)進(jìn)步非常明顯，其硅碳負(fù)極的研發(fā)和生產(chǎn)一直處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。預(yù)計(jì)2020年硅碳負(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。

　　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(lái)越光明，未來(lái)硅碳負(fù)極材料很可能成為負(fù)極材料中的佼佼者。