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锂电池对负极材料的要求与负极材料行业解读

2021-03-07   点击量:30

锂电池对负极材料的要求


负极材料作为锂电池的核心部件,在应用时通常需要满足以下条件:


①嵌锂电位低且平稳,以保证较高的输出电压;


②允许较多的锂离子可逆脱嵌,比容量较高;


③在充放电过程中结构相对稳定,具有较长的循环寿命;


④较高的电子电导率、离子电导率和低的电荷转移电阻,以保证较小的电压极化和良好的倍率性能;


⑤能够与电解液形成稳定的固体电解质膜,保证较高的库仑效率;


⑥制备工艺简单,易于产业化,价格便宜;


⑦环境友好,在锂电池材料的生产和实际使用过程中不会对环境造成严重污染;


⑧资源丰富等。


锂电池负极材料行业解读


动力锂电池的性能优化需要依托于负极材料技术的创新突破,因此高性能负极材料的研究成为当前锂离子动力电池最为活跃的板块之一。锂电池负极材料目前处于锂离子电池产业中最关键的环节。按锂离子电池成本比例,负极材料占比锂电池总成本的25%~28%。


现阶段,锂离子电池负极材料主要有碳材料、过渡金属的氧化物、合金材料、硅材料及其他含硅材料,含锂的过渡金属的氮化物以及钛酸锂材料。各种材料的比容量和性质又各不相同。


1.碳材料


碳材料负极是一个总称,一般可分为5大类:石墨、硬炭、软炭、碳纳米管和石墨烯。石墨又可分为人造石墨、天然石墨、中间相炭微球。


2.天然石墨负极


天然石墨负极由天然石墨加工而成,国内石墨资源储量和产量丰富,开采成本较低。天然石墨具有比较完整的石墨片层结构和很高的石墨化度,适合锂离子在其中脱嵌和穿梭。


3.人造石墨负极


人造石墨负极为炭材料加工而来,它是将易石墨化的软炭材料经2500℃以上高温石墨化处理制成,此时碳材料内部二次粒子以随机方式进行排列,存在大量孔隙结构,这有利于电解液的渗透和锂离子咋负极中的脱嵌穿梭,因此人造石墨负极材料能提高和增加锂离子电池的快速充放电速度和次数。


4.石墨化中间相炭微球


中间相炭微球(MCMB)微观结构为球形片层颗粒,具有各项同性,主要是对煤焦油进行特殊处理后获得的中间相小球体,它经2800℃以上高温石墨化处理得到中间相炭微球负极材料。


锂电池负极材料市场现状


我国锂电池负极材料市场集中度高,市场空间巨大。新能源汽车需求爆发式增长,带动锂电负极材料需求快速提升在同体积重量情况下,锂电池的蓄电能力是镍氢电池的1.6倍,是镍镉电池的4倍,因此,新能源汽车使用锂离子电池可以显著增强续航里程,大大增强产品的实用性和便捷性,在纯电动汽车的应用上这一优势尤为明显。


目前,锂电池已经成为了新能源汽车的主要能量装置之一,新能源汽车快速发展将推动锂离子电池的市场规模快速扩大。目前锂电池负极材料的行业集中度非常高,主要集中在中国与日本。


钜大特种电池工程研究院

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