中国负极材料行业发展现状和未来前景趋势分析

负极材料种类繁多，人造石墨及天然石墨为商业化应用主流。负极材料在锂电池充电过程中主要起储锂作用，其脱嵌锂电压和比容量对电池能量密度影响较大。优异的负极材料需同时具备低的脱嵌锂电压、高的比容量以及良好的倍率特征和循环性能。负极材料种类较多，可分类碳材料和非碳材料两大类。前者包括人造石墨、天然石墨等石墨类碳材料以及软碳、硬碳等无定型碳材料。后者包括锡基、硅基、钛基等合金型材料。

软碳材料首周不可逆容量较大，对锂平均电位较高，压实密度低，能量密度偏低。非碳材料为合金化型负极材料，尽管能量密度较高，但由于储锂过程锂离子通过与材料加成反应实现，造成材料相结构变化，因此导致体积膨胀大和较差的循环性能，目前仍主要处于研究阶段。

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。

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4200mAh/g;2、硅的嵌锂电位(0.5V)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。

2017年中国负极材料产量约为14.6万吨，同比增长23.44%，其中人造石墨产量10.05万吨，同比增长25.20%，天然石墨3.68万吨，同比增长15%，两大类负极出货量在整个负极材料产业中的占比达到94%以上，是现阶段商业化应用主流。2017年负极材料市场规模约80亿，预计到2020年负极材料产量将超过30万吨，市场规模将超过150亿，年均复合增长率23%。