鋰電池對負(fù)極材料的要求

鋰電池主要由正極、負(fù)極、電解液和隔膜等部分組成，其中負(fù)極材料的選擇會直接關(guān)系到電池的能量密度。我國在鋰離子電池負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化方面具有一定的優(yōu)勢，國內(nèi)電池產(chǎn)業(yè)鏈從原料的開采、電極材料的生產(chǎn)、電池的制造和回收等環(huán)節(jié)比較齊整。

鋰電池對負(fù)極材料的要求

負(fù)極材料作為鋰電池的核心部件，在應(yīng)用時通常需要滿足以下條件：

①嵌鋰電位低且平穩(wěn)，以保證較高的輸出電壓；

②允許較多的鋰離子可逆脫嵌，比容量較高；

③在充放電過程中結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，具有較長的循環(huán)壽命；

④較高的電子電導(dǎo)率、離子電導(dǎo)率和低的電荷轉(zhuǎn)移電阻，以保證較小的電壓極化和良好的倍率性能；

⑤能夠與電解液形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)膜，保證較高的庫侖效率；

⑥制備工藝簡單，易于產(chǎn)業(yè)化，價格便宜；

⑦環(huán)境友好，在鋰電池材料的生產(chǎn)和實際使用過程中不會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染；

⑧資源豐富等。

鋰電池負(fù)極材料行業(yè)解讀

動力鋰電池的性能優(yōu)化需要依托于負(fù)極材料技術(shù)的創(chuàng)新突破，因此高性能負(fù)極材料的研究成為當(dāng)前鋰離子動力電池最為活躍的板塊之一。鋰電池負(fù)極材料目前處于鋰離子電池產(chǎn)業(yè)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。按鋰離子電池成本比例，負(fù)極材料占比鋰電池總成本的25%～28%。

現(xiàn)階段，鋰離子電池負(fù)極材料主要有碳材料、過渡金屬的氧化物、合金材料、硅材料及其他含硅材料，含鋰的過渡金屬的氮化物以及鈦酸鋰材料。各種材料的比容量和性質(zhì)又各不相同。

1.碳材料

碳材料負(fù)極是一個總稱，一般可分為5大類：石墨、硬炭、軟炭、碳納米管和石墨烯。石墨又可分為人造石墨、天然石墨、中間相炭微球。

2.天然石墨負(fù)極

天然石墨負(fù)極由天然石墨加工而成，國內(nèi)石墨資源儲量和產(chǎn)量豐富，開采成本較低。天然石墨具有比較完整的石墨片層結(jié)構(gòu)和很高的石墨化度，適合鋰離子在其中脫嵌和穿梭。

3.人造石墨負(fù)極

人造石墨負(fù)極為炭材料加工而來,它是將易石墨化的軟炭材料經(jīng)2500℃以上高溫石墨化處理制成,此時碳材料內(nèi)部二次粒子以隨機(jī)方式進(jìn)行排列,存在大量孔隙結(jié)構(gòu),這有利于電解液的滲透和鋰離子咋負(fù)極中的脫嵌穿梭,因此人造石墨負(fù)極材料能提高和增加鋰離子電池的快速充放電速度和次數(shù)。

4.石墨化中間相炭微球

中間相炭微球(MCMB)微觀結(jié)構(gòu)為球形片層顆粒，具有各項同性，主要是對煤焦油進(jìn)行特殊處理后獲得的中間相小球體,它經(jīng)2800℃以上高溫石墨化處理得到中間相炭微球負(fù)極材料。

鋰電池負(fù)極材料市場現(xiàn)狀

我國鋰電池負(fù)極材料市場集中度高，市場空間巨大。新能源汽車需求爆發(fā)式增長，帶動鋰電負(fù)極材料需求快速提升在同體積重量情況下，鋰電池的蓄電能力是鎳氫電池的1.6倍，是鎳鎘電池的4倍，因此，新能源汽車使用鋰離子電池可以顯著增強(qiáng)續(xù)航里程，大大增強(qiáng)產(chǎn)品的實用性和便捷性，在純電動汽車的應(yīng)用上這一優(yōu)勢尤為明顯。

目前，鋰電池已經(jīng)成為了新能源汽車的主要能量裝置之一，新能源汽車快速發(fā)展將推動鋰離子電池的市場規(guī)模快速擴(kuò)大。目前鋰電池負(fù)極材料的行業(yè)集中度非常高，主要集中在中國與日本。

鋰電池材料總體存在中低端產(chǎn)能過剩與高端產(chǎn)品供不應(yīng)求的現(xiàn)狀。其中，正極材料、負(fù)極材料和電解液都已逐步自給，由于負(fù)極材料和電解液的技術(shù)壁壘相對較低，中國企業(yè)的成本優(yōu)勢明顯在全球范圍內(nèi)擁有較強(qiáng)的競爭力。