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硅基材料崛起 有望打破锂电负极行业格局

导读: 锂离子电池的四大重要组成包括正极、负极、电解液和隔膜,在负极材料领域,自上个世纪90年代索尼推出商用锂电池以来,石墨负极就牢牢占据了统治地位。

  锂离子电池的四大重要组成包括正极、负极、电解液和隔膜,在负极材料领域,自上个世纪90年代索尼推出商用锂电池以来,石墨负极就牢牢占据了统治地位。

  如今,随着动力电池市场需求的急速增长,带动了上游各个材料领域快速发展,与此同时,行业也对电池材料的性能也提出了更高的要求。在负极材料方面,近几年世界各地的科学家都在试图开发出能够替代石墨的负极材料,由于硅基负极材料的比容量可达到4200mAh/g,远高于石墨负极理论比容量的372mAh/g,高出石墨负极10倍有余,因而备受科研界和厂商的青睐。

  硅基材料有望成锂电负极“新大陆”

  过去,当锂材料嵌入到硅晶胞内时,在技术上会导致硅材料发生严重膨胀,造成电池容量迅速下降。随着技术的发展,科学家将硅负极和石墨材料结合在一起,研发出了硅碳复合材料。

  据了解,特斯拉发布的Model 3就采用了硅碳负极作为动力电池新材料。通过在人造石墨中加入10%的硅基材料,特斯拉让电池容量达到了550mAh/g以上,电池能量密度可达300wh/kg。业内专家认为,这种电池技术是一个重要的技术突破,有望促进国内锂电行业在硅碳材料应用上的探索和突破。目前,这种用硅碳复合材料来提升电池能量密度的方式,已是业界公认的锂电负极材料发展方向之一。

  此外,一些韩国和日本的材料厂商还推出了商业化的氧化亚硅复合负极材料。这些企业通过在技术上对硅基材料进行碳包覆,改善了材料的导电性,同时也避免了让氧化亚硅材料直接与电解液接触,改善了材料的循环性能。

  尽管近年来硅基负极材料在应用端做出了诸多改进,但目前在实际应用中,仍需要石墨材料的配合,未能完全撼动石墨材料在锂电负极领域的统治地位。但是随着技术的进一步发展,硅基负极材料在循环性能、生产成本等方面仍有提升空间,有望成为“锂电负极材料的新大陆”。

  企业布局硅负极材料推进商业化

  相比于石墨负极材料,目前硅基负极材料在锂电领域的应用依然只能算是小字辈。目前,国内大多数材料企业在硅基负极材料领域的应用还处于初级阶段,正在探索商业化之路。一些日韩企业则已开始将硅负极材料应用于汽车动力电池中,并实现商品化。

  媒体公开资料显示,日本GS汤浅公司已推出采用硅基负极材料的锂电池,并成功应用在了三菱汽车上;日立麦克赛尔则宣布已开发出可实现高电流容量硅负极锂电池;此外,日本三井金属也雄心勃勃地要将硅负极锂电池推向消费电子和电动汽车两大领域。

  国内企业方面,今年8月15日,中国宝安在互动平台上表示,公司下属贝特瑞公司生产的硅基负极材料已有国外客户批量使用,未来将有较大增长;杉杉股份在硅、石墨烯材料领域累计发布了10项专利声明,技术研发优势日益明显,硅碳负极材料已经试产,并逐步向市场推广。

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