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锂离子电池为什么要用硅碳作为负极材料?

来源:钜大LARGE    2019-09-11    点击量:129

锂离子电池为什么要用硅碳作为负极材料?近年来,我国锂离子电池产业发展迅速,全球市场份额不断攀升,硅碳负极相比石墨负极具有更高的质量能量密度和体积能量密度,采用硅负极材料的锂离子电池的质量能量密度可以提升8%以上,体积能量密度可以提升10%以上。因此硅负极材料将具有非常广阔的应用前景。


  锂离子电池为什么要用硅碳作为负极材料?


硅是目前人类至今为止发现的比容量(4200mAh/g)最高的锂离子电池负极材料,是一种最有潜力的负极材料。硅负极材料存在的问题有循环寿命低、体积变化大、持续产生SEI膜,而硅碳锂离子电池负极材料可以有效改善这些问题,所以硅碳负极材料是未来负极材料的发展重点无疑。


硅材料的质量比容量最高可达4200mAh/g,远大于碳材料的372mAh/g,是目前已知能用于负极材料理论比容最高的材料。并且硅材料环境友好、储量丰富、成本较低。但是硅负极材料存在的问题有循环寿命低、体积变化大、持续产生SEI膜,而硅碳锂电池负极材料可以有效改善这些问题,所以硅碳负极材料是未来负极材料的发展重点无疑。


国外部分企业已经实现了硅碳负极材料的量产。国内企业在硅碳负极产业化方面动作相对慢一点。杉杉股份、江西紫宸、深圳贝特瑞等早已布局硅碳负极材料的生产,目前已推出几款硅碳负极材料,且具有一定产能。


随着电池电极材料的发展,锂离子电池技术得到了迅速发展。目前,锂钴电池已扩展到三元系、锰酸锂、磷酸铁锂、硅碳负极等电池体系。新型硅碳负极锂离子电池突破了石墨作为负极的固有局限性,其性能明显优于传统锂离子电池。它已成为最有前途的储能电池之一。


由于硅碳负极材料具有高的锂插入电位,因此在烧结过程中避免了锂金属的形成和沉淀,并且由于平衡电位高于大多数电解质溶剂的还原电位,所以不会与电解液,在固液界面不形成钝化膜,避免了许多副反应,大大提高了安全性、安全稳定是锂材料烧结过程中最重要的指标。


前硅碳负极材料的总产量尚不足锂电负极材料的1%,不过随着各大负极企业的扩产和新企业的崛起,预计硅碳材料在2019年底会正式大批量进入市场。硅碳负极材料是未来锂电池负极材料最具应用潜力的,可见硅碳负极材料的市场容量有多大,这也解释了目前为何有众多企业和研究单位布局硅碳负极材料。


总结: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。负极材料占比锂电池总成本的25%~28%。硅碳负极作为新型锂离子电池负极材料,在提升电池能量密度方面比当前石墨负极更高效。硅碳负极材料应用前景越来越光明,未来硅碳负极材料很可能成为负极材料中的佼佼者。


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