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鋰電市場
為何國內硅碳負極產業化方面不如國外?
2017-05-04  瀏覽:357

鋰電世界網訊,對于目前國內動力電池單體比能量普遍在220瓦時/公斤左右的現狀,在未來不足4年的時間內,將單體比能量再提升近4成,無論對于研究機構還是產業界,都是一個不小的挑戰。在正極材料方面,業界紛紛將目標放在了高鎳材料上,而負極材料方面,業界普遍認為硅碳負極足以“擔此大任”。

國外部分企業已經實現了硅碳負極材料的量產。比如松下2013年量產的NCR18650C型號電池,即采用硅碳負極材料;日本GS湯淺推出的硅基負極材料鋰電池,已應用于三菱汽車上;日立麥克賽爾將硅碳負極材料用于智能手機、可穿戴設備等小型鋰離子電池上;特別是特斯拉將硅碳負極成功應用于即將量產的Model 3上,實現超300瓦時/公斤的比能量,更讓業界看到了硅碳負極在提高動力電池比能量方面的希望。

然而,國內企業在硅碳負極產業化方面動作較慢。除貝特瑞的硅碳復合負極材料已有國外批量訂單外,CATL、比亞迪、國軒高科、力神、比克、杉杉股份、星城石墨等企業硅碳負極的產業化應用都在推進中。


為何國外企業特別是日企在硅碳負極產業化方面,走的比國內企業要遠得多?這還要從硅碳負極的特性說起。石墨的理論比容量是372mAh/g,而硅負極的理論比容量高達4200mAh/g。石墨作為成熟的負極材料,其能量密度已經基本被充分發揮,要想在能量密度上有所提升,與硅結合是一種較好的方式。但在真正的使用過程中,硅碳負極存在很多先天的“不足”。

主要是體積膨脹問題。在充放電過程中,硅的體積會膨脹100%-300%,不斷的收縮膨脹會造成硅碳負極材料的粉末化,嚴重影響電池壽命;其次,硅的不斷膨脹,在電池內部產生很大的應力,這種應力對極片造成擠壓,循環多次后可能出現極片斷裂的情況;再次,也是由于電池內部應力的原因,很有可能造成電池內部孔隙率的降低,減少鋰離子移動通道,造成鋰金屬的析出,影響電池安全性。此外,硅為半導體,導電性比石墨差很多,導致鋰離子脫嵌過程中不可逆程度大,從而降低其首次庫倫效率。正因如此,硅碳負極在研發和應用方面的面臨著較高的技術壁壘。


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