關(guān)于鋰離子電池硅基負(fù)極材料的發(fā)展趨勢解析

人類社會的進(jìn)步離不開社會上各行各業(yè)的努力，各種各樣的電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代離不開我們的設(shè)計者的努力，其實很多人并不會去了解電子產(chǎn)品的組成，比如硅碳負(fù)極材料。

硅是具有半導(dǎo)體特性的元素，為了提供鋰離子在硅電極材料中的擴(kuò)散速度，需要提高硅材料的導(dǎo)電性能，目前產(chǎn)業(yè)中所選擇的就是成熟的碳基材料。利用不同形態(tài)的碳基材料來對硅元素進(jìn)行復(fù)合做改性處理，使其構(gòu)成均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成導(dǎo)電性好、附著性好、化學(xué)穩(wěn)定性高的硅碳負(fù)極材料。

硅碳負(fù)極材料是以碳作為分散基體，硅作為活性物質(zhì)的新型負(fù)極材料。鋰電池硅碳負(fù)極材料的上游為石墨、石墨烯等碳基材料及單質(zhì)硅、納米硅顆粒等硅基材料，中游為硅碳負(fù)極材料制造，下游為終端鋰電池的應(yīng)用。

硅基負(fù)極材料的開發(fā)成功地使鋰離子電池的容量增加了四倍。 由于其高電化學(xué)容量，硅基材料被認(rèn)為是鋰離子電池非常有希望的負(fù)極材料。 據(jù)報道，硅基負(fù)極材料的比容量可達(dá)到4200mAh / g，是石墨負(fù)極的10倍以上。 這使得鋰離子電池行業(yè)迅速追捧硅基負(fù)極材料。

硅基負(fù)極材料研發(fā)成功將鋰離子電池容量了提高四倍

負(fù)極是鋰離子電池的四種主要材料之一。作為電子載體，其性能指標(biāo)會直接影響鋰離子電池的性能，尤其是其擴(kuò)展性能會影響電池循環(huán)性能，速率性能會影響快速充電，比容量和初效會影響容量等。據(jù)韓國媒體報道，韓國科學(xué)技術(shù)研究所的研究小組最近宣布，它已成功開發(fā)出一種硅基負(fù)極材料，以取代目前電動汽車用動力鋰離子電池負(fù)極中常用的石墨材料。硅基陽極有助于使鋰離子電池的性能提高一倍。

根據(jù)該報告，測試結(jié)果表明，硅基負(fù)極材料已成功地將鋰離子電池的容量增加了四倍，并且在500次充電/放電循環(huán)中仍能保持穩(wěn)定性，并且可以充電至80%在5分鐘內(nèi)達(dá)到其最大容量。預(yù)計該車的續(xù)航里程將增加一倍以上。

在對新能源汽車追求高續(xù)航里程的迫切需求下，動力鋰離子電池也在積極尋找新的高能量密度材料。作為用于改善鋰離子電池的能量密度的兩種主要材料，正極和負(fù)極具有很大的改進(jìn)空間。目前，就能量密度而言，主流石墨電極材料的發(fā)展已接近其理論最大值。硅的理論容量是石墨的10倍以上，地球具有很高的儲量，在鋰離子電池材料的應(yīng)用中具有很大的潛力。

將來鋰離子電池陽極將從石墨系統(tǒng)升級為硅基陽極。未來，隨著動力鋰電池能量密度要求的提高，具有高鎳三元材料的硅碳負(fù)極體系已成為發(fā)展趨勢。盡管硅基合金負(fù)極材料在提高碳負(fù)極材料的容量方面具有明顯的作用，但是由于其工藝難度高，生產(chǎn)成本高以及初始充放電效率低，因此尚未大規(guī)模使用。

鋰離子電池硅基負(fù)極材料的展望

硅基負(fù)極材料鋰離子電池在高能量密度發(fā)展的道路上具有廣闊的市場空間。動力鋰電池的正極使用高鎳三元材料，負(fù)極使用硅基負(fù)極材料。將來，NCM811和NCA將成為動力鋰電池的主流市場。隨著硅基負(fù)極制備工藝的逐步成熟以及鋰離子電池制造商在高鎳體系上的逐步成熟，硅基負(fù)極材料將在未來迎來更廣闊的市場。

目前硅基負(fù)極價格居高不下，為26萬元/噸。隨著制造工藝的成熟和技術(shù)創(chuàng)新，加工成本將逐漸下降。另外，隨著行業(yè)的成熟，陽極公司還可以享受規(guī)?；幕瘜W(xué)效應(yīng)帶來的成本節(jié)省。因此，我們預(yù)計硅基負(fù)極的價格將在未來幾年內(nèi)一路下跌，到2020年達(dá)到12萬元/噸的單價。由此可以推算出硅基負(fù)極的市場空間。我們認(rèn)為，市場空間將在2018年加速增長，到2020年將達(dá)到17億元的規(guī)模。硅基材料由于其較高的理論比容量，已成為下一代鋰離子電池負(fù)極材料的理想選擇。

本文只能帶領(lǐng)大家對硅碳負(fù)極材料有了初步的了解，對大家入門會有一定的幫助，同時需要不斷總結(jié)，這樣才能提高專業(yè)技能，也歡迎大家來討論文章的一些知識點。