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行業新聞

淺析鋰電池負極材料市場現狀

發布時間:2015/7/23 9:32:37點擊3135次

      作為鋰電池的四大關鍵材料之一,相對鋰電池的正極材料而言,針對鋰離子電池負極材料的研究,沒有正極材料那么多,但是負極材料對鋰離子電池性能的提高卻起著至關重要的作用,且負極材料技術與市場均較為成熟,成本比重最低,在5—10%左右。鋰離子電池負極材料的選擇應主要考慮以下幾個條件:

      1、應為層狀或隧道結構,以利于鋰離子的脫嵌;

      2、在鋰離子脫嵌時無結構上的變化,具有良好的充放電可逆性和循環壽命;

      3、鋰離子在其中應盡可能多的嵌入和脫出,以使電極具有較高的可逆容量;

      4、氧化還原反應的電位要低,與正極材料配合,使電池具有較高的輸出電壓;

      5、首次不可逆放電比容量較小;

      6、與電解質溶劑相容性好;

      7、資源豐富、價格低廉;

      8、安全性好;

      9、環境友好。

       鋰離子電池負極材料的種類繁多,根據化學組成可以分為金屬類負極材料(包括合金)、無機非金屬類負極材料及金屬氧化物類負極材料。

       1、金屬類負極材料:這類材料多具有超高的嵌鋰容量。最早研究的負極材料是金屬鋰。由于電池的安全問題和循環性能不佳,金屬鋰作為負極材料并未得到廣泛應用。近年來,合金類負極材料得到了比較廣泛的研究,如錫基合金、鋁基合金、鎂基合金、銻基合金等,是一個新的方向。

       2、無機非金屬類負極材料:用作鋰離子電池負極的無機非金屬材料主要是碳材料、硅材料及其它非金屬的復合材料。

       3、過渡金屬氧化物材料:這類材料一般具有結構穩定,循環壽命長等優點,如鋰過渡氧化物(鈦酸鋰等)、錫基復合氧化物等。

       就當前的市場而言,在大規模商業化應用方面,負極材料仍然以碳材料為主,石墨類和非石墨類碳材料都有應用。在汽車及電動工具領域,鈦酸鋰作為負極材料也有一定的應用,主要是具有非常優異的循環壽命、安全性和倍率性能,但是會降低電池的能量密度,因此不是市場主流。其他類型的負極材料,除了SONY在錫合金方面有產品推出,大多仍以科學研究和工程開發為主,市場化應用的比較少。負極材料主要由碳素材料為主,包括天然石墨、人造石墨、石墨化中間碳微球。據高工鋰電研究所(GBII)統計結果顯示,2012年中國負極材料出貨量為27650噸,其中天然石墨出貨量占比59%,人造石墨30%,石墨化中間碳微球8%。在全球,石墨類負極材料占總出貨量的90%,在負極材料中處于絕對主流的優勢。

      我國石墨礦資源豐富,成本較低,但是天然石墨也有一些缺陷,吸液性差,分子中不存在交聯的sp3結構,墨片分子容易發生平移,從而導致石墨負極材料的循環性能差。天然石墨負極材料主要用于消費類電子產品。

      人造石墨通過對原始材料進行表面改性和結構調整,使其部分無序化或者在各類材料中形成納米級的孔、洞和通道等結構,加大鋰離子嵌入和脫嵌反應,因此具有高壓實、、高容量、長壽命等優勢。人造石墨主要作為動力電池的負極材料。

      中間相碳微球是球形結構,堆積密度高,單位體積嵌鋰容量比較大,而且小球具有片層狀結構,有利于鋰離子的嵌入和脫嵌。700攝氏度熱處理的中間相碳微球充電容量可達1190mA.h/g,放電容量大750mA.h/g,遠超過石墨的理論放電容量(372mA.h/g)。

      就未來的發展趨勢而言,如果能有效解決循環性能,硅基材料將可能取代碳材料成為下一代鋰離子電池的主要負極材料。錫合金,硅合金等合金類的負極材料,也是一個非常熱門的方向,將走向產業化。此外,安全性和能量密度較高的鐵氧化物,有可能取代鈦酸鋰(LTO),在一些長壽命和安全性要求較高的領域,得到廣泛應用。

      作為鋰電池四大關鍵材料之一,負極材料決定了鋰電池的性能,如充放電效率、循環壽命等等。常規石墨負極材料的倍率性能已經難以滿足鋰電池下游產品的需求。在動力電池方面,碳酸鋰可能是新的發展方向;在消費類電子產品方面,需要提高電池的能量密度,以硅—碳(Si—C)復合材料為代表的新型高容量負極材料是未來發展趨勢。

                                                                                 本文來自:人大經濟論壇 行業分析報告


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