負(fù)極材料分類

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有負(fù)極產(chǎn)品主要為碳材料和非碳材料，其中碳材料又可以分為石墨類碳材料和無定型碳材料，石墨類碳材料應(yīng)用比較多的是天然石墨和人造石墨;而非碳材料方面主要包括錫基材料、硅基材料、氮化物、鈦基材料，其中硅基材料和鈦基材料在市場(chǎng)上有少量應(yīng)用。

硅碳類材料的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

石墨類負(fù)極作為主要的負(fù)極材料，應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，但是石墨類負(fù)極材料容量已做到360mAh/g，已經(jīng)接近372mAh/g的理論克容量，再想提升其空間已很難實(shí)現(xiàn)。而硅與碳化學(xué)性質(zhì)相近，硅在常溫下可與鋰合金化，生成Li15Si4相，理論比容量高達(dá)3572mA·h/g，遠(yuǎn)高于商業(yè)化石墨理論比容量，在地殼元素中儲(chǔ)量非常豐富，成本低、環(huán)境友好，因而硅負(fù)極材料一直備受科研人員關(guān)注，是最具潛力的下一代鋰離子電池負(fù)極材料之一。

但是，由于硅在充放電過程中容易產(chǎn)生體積膨脹(~300%)，這限制了硅負(fù)極的商業(yè)化應(yīng)用。碳質(zhì)負(fù)極材料在充放電過程中體積變化較小，具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性能，而且碳質(zhì)負(fù)極材料本身是離子與電子的混合導(dǎo)體;另外，硅與碳化學(xué)性質(zhì)相近，二者能緊密結(jié)合，因此碳常用作與硅復(fù)合的首選基質(zhì)。在Si/C復(fù)合體系中，Si顆粒作為活性物質(zhì)，提供儲(chǔ)鋰容量;C既能緩沖充放電過程中硅負(fù)極的體積變化，又能改善Si質(zhì)材料的導(dǎo)電性，還能避免Si顆粒在充放電循環(huán)中發(fā)生團(tuán)聚。因此Si/C復(fù)合材料綜合了二者的優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出高比容量和較長(zhǎng)循環(huán)壽命，有望代替石墨成為新一代鋰離子電池負(fù)極材料。

硅碳材料主要結(jié)構(gòu)

包覆型：包覆結(jié)構(gòu)是在活性物質(zhì)硅表面包覆碳層，緩解硅的體積效應(yīng)，增強(qiáng)其導(dǎo)電性。根據(jù)包覆結(jié)構(gòu)和硅顆粒形貌，包覆結(jié)構(gòu)可分為核殼型、蛋黃-殼型以及多孔型;

嵌入型：嵌入型硅碳復(fù)合材料是將硅顆粒通過物理或者化學(xué)手段分散到碳載體中，硅顆粒與碳基體結(jié)合緊密，形成穩(wěn)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

主要負(fù)極材料廠商開始布局硅碳負(fù)極材料

硅碳負(fù)極優(yōu)異的電化學(xué)性能吸引了許多負(fù)極材料廠商投入到硅碳材料的研發(fā)和生產(chǎn)當(dāng)中，負(fù)極材料企業(yè)如貝特瑞、上海杉杉、斯諾和國(guó)軒高科等都公布了各自的硅碳負(fù)極產(chǎn)能規(guī)劃。但是由于硅碳材料成本較高和合成工藝較為復(fù)雜，目前只有貝特瑞等少量廠商能夠批量供貨，2017年出貨1000噸，已有部分國(guó)外客戶使用。其S1000型號(hào)硅碳負(fù)極材料的比容量高達(dá)1050mAh/g，盡管離硅的理論比容量4200mAh/g仍有較大差距，但已經(jīng)是人造石墨負(fù)極材料比容量的3倍，性能有大幅度地提高。

電池廠布局硅碳系列電池

硅碳材料早先是在日韓企業(yè)中應(yīng)用較多，松下和三星的產(chǎn)品都有成熟應(yīng)用，特斯拉通過在傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料中加入10%以上的硅碳，讓電池容量增加到550mAh/g以上。國(guó)內(nèi)方面，由于硅碳是一種新型的負(fù)極材料，與其配套的正極材料和電解液等技術(shù)水平有限，真正實(shí)現(xiàn)硅碳類電池量產(chǎn)的企業(yè)還非常少。國(guó)內(nèi)包括國(guó)軒高科、寧德時(shí)代、比克電池、比亞迪、天津力神等都已經(jīng)開始布局相關(guān)產(chǎn)品，但是真正量產(chǎn)應(yīng)用的主要在18650產(chǎn)品上面。