硅碳負極材料將代替石墨烯鋰電池負極材料開辟新局面

來源：存能電氣  日期：2019-09-17 15:26  瀏覽量：次

　　硅碳負極材料將代替石墨烯鋰電池負極材料開辟新局面。鋰離子電池作為儲能系統中重要組成部分被廣泛關注，目前鋰離子電池負極材料中常用的是碳類負極材料，但是由于碳類負極材料比容量比較低，很難適應人們對高性能儲能材料的要求，所以急需開發一種新的負極材料。納米硅碳作為鋰電池負極材料，具有高儲鋰容量、良好電子通道、較小應變及促使SEI膜穩定生長的環境。基于上述優點，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極材料，開辟新局面。

　　硅碳材料主要結構

　　包覆型：包覆結構是在活性物質硅表面包覆碳層，緩解硅的體積效應，增強其導電性。根據包覆結構和硅顆粒形貌，包覆結構可分為核殼型、蛋黃-殼型以及多孔型；

　　嵌入型：嵌入型硅碳復合材料是將硅顆粒通過物理或者化學手段分散到碳載體中，硅顆粒與碳基體結合緊密，形成穩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，提供材料結構的穩定性。

　　硅碳負極材料產業化現狀

　　硅碳負極作為新型鋰離子電池負極材料，在提升電池能量密度方面比當前石墨負極更高效。但是由于其在應用方面存在較高壁壘，所以在國內還處于產業化前期。國外方面，松下已經實現含硅碳負極材料的18650電池的量產，而特斯拉已經將硅碳負極應用于車用動力電池，硅碳負極材料應用前景越來越光明，未來硅碳負極材料很可能成為負極材料中的佼佼者。

　　最新調研統計數據顯示，2017年中國鋰電池硅碳負極材料產量已經超過了1500噸，同比增長超過130%，其中前五企業市場集中度占比超過90%。但從目前市場總體產量來看相對較小，在全年鋰電負極材料總產量中僅占比1%。預計硅碳材料行業即將在2018年下半年開始真正大面積登上鋰電池負極材料大舞臺，未來必會逐步替代現有的石墨類材料。

　　硅碳負極材料應用前景

　　近年來，我國鋰離子電池產業發展迅速，全球市場份額不斷攀升，在大規模的鋰離子電池產業投資的帶動下，鋰電池負極材料的需求不斷上升。硅負極相比石墨負極具有更高的質量能量密度和體積能量密度，因此硅負極材料將具有非常廣闊的應用前景。

　　便攜式消費電子領域也將是納米硅碳負極材料大規模應用的另一個重要領域。隨著全球移動通訊技術、互聯網、數字化娛樂便攜設備應用的逐步普及，數碼類電子產品領域的需求將保持持續增長，其中智能手機、平板電腦、可穿戴式智能設備及移動電源的市場前景最為廣闊。由于智能手機等也對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極材料的廣闊市場。

　　硅碳負極材料成為未來發展方向

　　負極材料技術相對比較成熟，且其集中度較高，產能由日本向中國轉移比較明顯。目前負極材料以碳素材料為主，占鋰電池成本較低，在國內基本全面實現產業化。從區域看，中國和日本是全球主要的產銷國，動力電池企業采購負極主要來自于日本企業。

　　2015年，全球負極材料總體出貨量為11.08萬噸，同比增長29.59%。其中中國負極材料的出貨量達到7.28萬噸，同比增長41.1%，占比高達66%。近幾年，隨著中國生產技術的不斷提高，中國又是負極材料原料的主要產地，鋰電負極產業不斷向中國轉移，市場占有率不斷提高。硅碳負極材料是未來鋰電池負極材料最具應用潛力的，可見硅碳負極材料的市場容量有多大，這也解釋了目前為何有眾多企業和研究單位布局硅碳負極材料。

　　政策性的推動將進一步促使新能源動力電池的高速發展，硅碳負極材料作為高倍率、高能量型新材料是目前最具備產業化的首選材料，同時硅碳材料也是目前最具商業化的高能量密度新型負極材料，在未來二到三年內也必將迎來大爆發，行業前景廣闊。