最新產品 連續相高能量密度多循環式 硅碳負極材料發展應用

負極材料

負極指電源中電位(電勢)較低的一端。在原電池中，是指起氧化作用的電極，電池反應中寫在左邊。從物理角度來看，是電路中電子流出的一極。而負極材料，則是指電池中構成負極的原料，目前常見的負極材料有碳負極材料、錫基負極材料、含鋰過渡金屬氮化物負極材料、合金類負極材料和納米級負極材料。

石墨和多孔碳因在鋰化過程中體積變化相對較?。ㄈ缡捏w積膨脹率僅為10.6%）且具有良好的循環穩定性和電導率而成為極具潛力的負極材料.與硅材料相比，碳材料具有與其相似的性質，且它們可以緊密結合，所以碳材料自然地被選為用于分散硅顆粒的襯底材料（即分散載體）.通過硅碳復合，鋰離子電池可獲得更高的比容量、更好的導電性與循環穩定性.

高容量硅碳負極材料

1.1用途及分類

負極材料是鋰電池關鍵材料

• 碳材料作為負極材料具有高的比容量、高的循環壽命及性能安全等優點

• 鈦酸鋰具有高熱穩定性，是一種安全性能高的負極材料，但能量密度低

• 硅基材料具有高的比容量，被認為是最具有潛力的新一代高容量鋰離子電池負極材料

負極材料是鋰電池的重要組成部分

負極材料分類

負極材料在鋰電池充電過程中主要起儲鋰作用，其脫嵌鋰電壓和比容量對電池能量密度影響較大。

     負極材料種類較多，可分類碳材料和非碳材料兩大類，前者包括人造石墨、天然石墨等石墨類碳材料以及軟碳、硬碳等無定型碳材料，后者包括烯基、硅基等合金型材料。人造石墨及天然石墨為商業化應用主流。

                                                               負極材料分類

石墨烯層間嵌入碳涂層硅納米顆粒

料為主要的負

1.2性能分析

各類性能對比

?碳材料作為負極材料具有高的比容量，高的循環壽命及安全性等優點；

?鈦酸鉀具有高熱穩定性，是一種安全性能由于的負極材料，但能量密度低

?硅基材料具有極高的比容量，被認為是最具潛力的新一代高容量鋰離子電池負極材料

現階段商業化石墨負極材料已經近其理論比容量（372mAh／g），硅在常溫下可與鋰合金化，理論比容量高達4200mAh／g，是最具潛力的下ー代鋰電池負極材料之一。在現有的硅碳復合體系中，硅顆粒作為活性物質，提供儲鋰容量；碳顆粒既能綬沖充放電過程中硅負極的體積變化，又能改善硅質材料的導電性，還能避免硅顆粒在充放電循環中發生團聚。硅碳負極由于綜合性能優勢，成為行業下一階段應用趨勢。

石墨化碳材料為最主要的負極材料

＞碳材料中的石墨化碳材料為主要的負極材料；

＞天然石墨、人造石墨、中間相碳微球有較大規模的產業化應用

天然石墨、人造石墨對比

天然石墨、人造石墨、中間相碳微球有較大規模的產業化應用,其中中間相碳微球有著良好的化學穩定性、高堆積密度、易石墨化、熱穩定性好以及優良的導電導熱性。

鋰電池導電黑孔液

1.3 材料分析

天然石墨

＞天然石墨是從天然石墨礦石中提純得到，是成本最低的一種負極材料

＞能量密度高，且制作工藝簡單，成本較低，在消費電池領域應用廣闊；

人造石墨

＞人造石墨是易石墨化碳（石油焦、針狀焦）經過高溫處理后生成的石墨產品

＞人造石墨主要應用于大容量的車用動力電池和倍率電池以及中高端電子產品鋰電池

中間相碳微球

＞有著良好的化學穩定性、高堆積密度、易石墨化、熱穩定性好以及優良的導電和導熱性

＞是制備高性能碳材料的優質前驅體，擁有著廣泛的應用及發展前景

軟碳材料

＞軟碳：熱處理溫度達到石墨化溫度后，材料具有較高的石墨化程度。易石墨化的炭。

＞常見的有焦炭、碳紅維等。

                                                                          石墨烯導電黑孔液

硬碳材料

＞硬碳是指難以被石墨化的碳，是高分子聚合物的熱分解。將具有特殊結構的交聯樹脂在1000左右熱分解可得硬碳。這類碳在2500℃以上的高溫也難以石墨化。

＞常見的硬碳有樹脂碳、有機聚合物熱解碳和炭黑等。

鈦酸鋰材料

＞新型鈦酸鋰為“零張力材料，使電池壽命大大延長，充放電循環可達數千次以上；

＞具有高安全性，是動力電池和儲能電池負極材料的理想候選。

硅碳復合材料

＞硅碳復合材料是“鋰電負極材料的新大陸”，將成為負極材料未來方向；

＞硅基材料具有極高的比容量，被認為是最有潛力的新一代高容量鋰離子電池負極材料

硅碳負極材料革新及其未來潛力分析

2.1國產率分析

電池材料國產化率不斷提升

2018年我國正極、負極、隔膜、電解液四大材料國產化率不斷提升，負極材料、電解液的國產化率超過95％，只有少部分依靠進口。

2018年我國主要負極材料天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、軟碳、硬碳、鈦酸鋰、S硅材料其國產化率在83～97％不等。

2.2  價格分析

價格變動平穩

最近半年，除人造石墨、鈦酸鋰材料平均價格變動較大外，其他負極材料價格變化較平穩。

? 天然石墨：2019年1－4月平均價格為2.9萬元噸，同比増長1.8％；

?硬碳材料：2019年1－4月平均價格為11.0萬元／噸，同比増長-2.1％；

?人造石墨：2019年1－4月平均價格為6.4萬元／噸?同比増長－9.7％；?鈦酸鋰：2019年1－4月平均價格為101萬元噸，同比増長－18.3％；

?中間碳微球：2019年1－4月平均價格為7．8萬元／吧?同比増長－13％

?SI硅材料：2019年1－4月平均價格為8.1萬元／噸，同比増長－58％；

?軟碳材科：2019年1－4月平均價格為11.7萬元／吧，同比増長－2.0％。

2.3 格局分析

中日龍頭瓜分全球負極材料市場

＞中日是全球主要產銷國，總量占全球87％以上

＞我國優勢在于豐富石墨資源，日本優勢在于先進技術

3.1 全球市場分析

2018年全球市場需求穩步增長，價格略有下降

2018年全球電池負極材料市場規模及銷量呈現穩步増長，平均價格略有下降。其中：

ロ市場規模達到173億元，同比増長10.1％；

ロ銷量為24.1噸，同比增長18.2％；

ロ平均價格為9.1萬元／噸，同比下降3.19％；

 全球電池負極材料發展情況

2018年我國電池負極材料市場需求波動較大

2018年我國電池負極材料市場銷量保持快速發展，但受市場價格大幅下降影響，導致我國電池負極材料整體市場規模増長乏力。其中：

ロ市場規模達到16.2億元，同比增長1．1％；

ロ銷量為17.5萬噸，同比増長16．6％

ロ平均價格為7．8萬元／噸，同比下降10．5％；

我國電池負極材料發展情況

      近年來，我國鋰離子電池產業發展迅速，全球市場份額不斷攀升，在大規模的鋰離子電池產業投資的帶動下，鋰離子電池負極材料的需求不斷上升。硅負極具有更高的質量能量密度和體積能量密度，采用硅負極材料的鋰離子電池的質量能量密度可以提升8%以上，體積能量密度可以提升10%以上，同時每千瓦時電池的成本可以下降至少3%，因此硅負極材料將具有非常廣闊的應用前景。

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