钜大LARGE | 点击量：1176次 | 2022年08月03日
锂离子电池负极材料产业的未来趋势和发展是什么？
行业趋势
1、高能量密度和快充是未来技术趋势
2、政策和市场需要高能快充技术方案
国家政策方面，工信部等四部委在《促进汽车动力电池产业发展行动方案》中明确提出:2020年，锂离子电池单体比能量>300Wh/kg，系统比能量争取达到260Wh/kg。
石墨负极材料的性能已接近其理论极限，以石墨材料为负极的技术方案无法达到这一要求。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
2018年《关于调整新能源汽车推广应用财政补贴的通知》中的财政补贴对应的电池单体比能量、续航里程等性能要求向上迁移，对电池性能要求升高，鼓励行业发展高能量密度的电池解决方案。市场客户需求方面，锂电池的充电便利性和续航里程是影响客户体验的重要因素。
《新能源汽车推广应用推荐车型目录(2018年第3批)》中的纯电动乘用车车型平均续航里程已经超过350km。但是，一般的新能源汽车充电时间在5-8个小时左右，快充时间在1-2个小时左右。
相比传统能源车型，新能源汽车在使用便利性，尤其是在电池的高能量密度和快充性能上还有很大提升空间。
钛酸锂仍占一席，快充性能优异
钛酸锂快充性能优异。钛酸锂具有尖晶石结构所特有的三维锂离子扩散通道，因此功率特性优异。锂离子在钛酸锂晶体中的扩散系数是2x10-8cm2/s,比石墨负极高了一个数量级。钛酸锂电池充电倍率可以达到10-20C，而普通石墨负极材料的充电倍率仅有2-4C。
钛酸锂在电动大巴和储能领域应用普及。钛酸锂电池安全性高、循环寿命长、工作温度范围广、可快速充放电，因此在电动商用车(巴士、轨道交通等)、储能市场(调频、电网质量、风场等)及工业领域(港口机械、叉车等)应用较为广泛。
国内的新能源整车厂家珠海银隆，采用的也是钛酸锂作为负极的电池技术方案。
硅碳复合材料能量密度高，将成负极材料未来方向
硅材料比容量高，可快充，最具发展前景。石墨的理论能量密度是372mAh/g，而硅的理论能量密度超过其10倍，高达4200mAh/g。使用硅材料作电池负极来提升电池能量密度，已经成为业界公认的方向之一。
我国负极材料生产企业贝特瑞的硅碳复合负极材料已经量产，客户为韩国三星。
硅材料量产尚有瓶颈，硅碳复合大势所趋。
硅材料使用的瓶颈在于其循环性能较差:硅颗粒在脱嵌锂时的高膨胀率(硅负极充放电膨胀可达360%，而普通石墨仅为10%)导致负极在循环过程中快速衰减;硅颗粒表面SEI膜持续生长会对电解液和锂离子造成不可逆消耗。
目前，相对较为成熟的技术方案是，采用体积效应小、循环稳定性好的碳材料作为载体，掺入高比容量的硅材料作为主要活性体，以此合成硅碳复合材料。硅碳复合材料能够有降低硅材料在充放电过程中体积膨胀造成的负面影响。
硅碳复合的工艺方式有包覆、掺杂和嵌入。特斯拉使用了碳包覆氧化亚硅的技术方案，通过在人造石墨中加入10%的硅基材料，已将硅碳复及材料应用到量产车型Model3。其电池能量密度达到300wh/kg，电池容量达到了550mAh/g以上。
