鉅大LARGE | 點擊量：1624次 | 2021年09月15日
鋰離子電池負極材料的多重選擇
目前負極材料的市場大部分為天然石墨和人造石墨混搭使用，既能新增電池容量，又能新增循環(huán)次數(shù)。一位在鋰離子電池負極材料領(lǐng)域多年的從業(yè)人員表示。記者了解到，負極材料最初商業(yè)化的只有MCMB(中間相碳微球)，接著人造石墨開始大量應(yīng)用，彼時天然石墨也有，但很多廠商應(yīng)用得并不好。隨著電池工藝和電解液技術(shù)的不斷進步，天然石墨以其較低的價格越來越多地應(yīng)用在各類鋰離子電池中。
在商業(yè)應(yīng)用中，石墨類碳材料技術(shù)較為成熟，市場價格也比較穩(wěn)定，因鋰離子動力鋰離子電池對能力密度、功率密度，以及安全性能等要求不斷提升，高容量、高安全、穩(wěn)定性好、價格低廉的負極材料成為研究討論的熱點。
上海杉杉科技有限公司研發(fā)總監(jiān)喬永民指出，動力鋰離子電池的負極材料還未形成自己的體系，廠家也有不同的選擇。
人造與天然石墨混搭
國內(nèi)最先應(yīng)用的是人造石墨，這幾年反過來開始用天然石墨了，目前國內(nèi)天然石墨的出貨量還是非常高的。深圳貝特瑞先進材料事業(yè)部總監(jiān)王政表示。
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他認為，人造石墨的循環(huán)性能相對會好一些，但是天然石墨做好了，循環(huán)性能也不會差，貝特瑞以出口為主，三星用貝特瑞的天然石墨，性價比就非常高，關(guān)鍵在于與電解液的匹配。
一般來講，天然石墨容量高、壓實高、加工性能好、成本低，安全性差、循環(huán)性能差、對電解液的選擇較挑剔，但由于可以使正極容量發(fā)揮提高，相對成本還會下降，因此普遍用做小電池和手機電池。人造石墨克容量發(fā)揮較低、壓實低、加工性能難以把握、成本高，循環(huán)和倍率性能好、對電解液的選擇不挑剔，一般用做大容量電池和倍率電池。
記者了解到，由于現(xiàn)在大多廠商越來越追求高能量密度，對負極材料能使用的壓實密度要求也越來越高，但純天然石墨因其循環(huán)膨脹較大，電解液消耗多，高壓實下吸液性能較差，倍率性能較差，所以真正能夠應(yīng)用到高容量體系的不多。
有關(guān)天然石墨產(chǎn)品的穩(wěn)定性和循環(huán)壽命，考驗的是每個廠的生產(chǎn)加工流程和工藝、技術(shù)的控制，一位負極材料技術(shù)研發(fā)人員告訴記者，日本之所以用天然石墨也能將電池容量和性能做得很好，是因為他們將國內(nèi)廠商所供應(yīng)的石墨粉買回去，自己還會進一步加工處理，之后再使用或輾轉(zhuǎn)高價賣回國內(nèi)市場，而國內(nèi)目前的技術(shù)水平還用不好天然石墨。
同時，他指出，正因為國內(nèi)電池公司技術(shù)還有所欠缺，所以目前國內(nèi)市場以天然和人造石墨混用為主，降低成本的同時也降低了電池的制造難度。
現(xiàn)在很多手機電池廠商，為了彌補天然石墨的缺點，按一定比例摻雜人造石墨，如鋁殼電池用高端天然石墨摻混少量低端人造石墨，對提高循環(huán)和降低成本效果就不錯。青島一負極材料廠的業(yè)務(wù)經(jīng)理徐小姐指出，隨著客戶對各項性能要求的提高，高端人造石墨在手機電池將得到廣泛應(yīng)用。
長沙星城副總經(jīng)理黃越華也表示，目前國內(nèi)市場以人造石墨居多，天然石墨原材料受限，制作工藝簡單，克容量最高只能做到370mAh/g，人造石墨目前可做到400mAh/g以上。
他認為，人造石墨這兩年的使用會越來越超過天然石墨。
高倍率負極材料的選擇
隨著這幾年動力鋰離子電池的發(fā)展，以及人們有關(guān)快充和大倍率充電性能的追求，高倍率的電極材料日益受到重視。
貝特瑞的天然石墨重要是用在消費類電池，長沙星城的人造石墨則重要針對動力鋰離子電池市場，2011年公司動力類負極材料占比40%。黃越華表示，天然石墨受限于原材料，人造石墨的原材料來源更廣泛。
對此，王政認為，人造石墨的原材料重要是石油焦，來源不穩(wěn)定，因此批次的穩(wěn)定性很差。天然石墨的原材料因為來源于石墨礦，一致性非常好。
日本重要用的也是天然石墨，貝特瑞在國內(nèi)整個負極材料市場占比30%左右，大部分就是天然石墨。
人造石墨雖在國內(nèi)應(yīng)用較早，但是更核心的技術(shù)仍為日本廠商所壟斷。從長遠看，我認為天然石墨是個趨勢。一位負極材料技術(shù)人員告訴記者。
他表示，日本已用天然石墨做動力鋰離子電池，就是在天然石墨表面包覆一層導(dǎo)電炭黑，以解決其吸液性問題和晶面取向問題，但是容量和首次效率會略受影響。國內(nèi)也有人在天然石墨表面包覆硬炭的，但不是很均勻，且批次穩(wěn)定性不好，制約了推廣。
此外，安全性、循環(huán)性、大倍率充放電性能好的鈦酸鋰，也成為動力鋰離子電池負極材料的最佳選擇之一。喬永民認為，鈦酸鋰在混合動力汽車和儲能領(lǐng)域有一定的需求空間。但因電壓平臺太高，脹氣等問題難以解決，國內(nèi)廠商技術(shù)不足，且價格較貴，目前還無法批量使用。從成本上講，軟碳和天然石墨可能會是未來應(yīng)用的趨勢，現(xiàn)實是因為高溫性能難以解決，使軟碳和硬碳目前實用化仍比較困難。
有業(yè)內(nèi)人士表示，軟碳單獨使用沒有優(yōu)勢，與石墨摻雜使用應(yīng)該可以彌補缺點，可用于動力鋰離子電池或儲能領(lǐng)域，比如日本的軟碳基本都和人造石墨摻雜使用，目前正在推廣中。
受新能源概念影響，鋰電行業(yè)投資愈演愈熱，日本負極材料巨頭在華建廠使競爭進一步加劇。持有長沙星城40%股份的當升科技(300073.SZ)披露，長沙星城今年一季度業(yè)績情況并不理想。
黃越華表示，2011年經(jīng)濟環(huán)境不好，公司營收2000萬，近一兩個月稍微好轉(zhuǎn)，這幾年負極材料的小公司也越來越多了。
有關(guān)日本負極材料巨頭在華建廠對國內(nèi)負極材料產(chǎn)業(yè)造成的沖擊，王政則認為，這對貝特瑞來講不是個壞事情，畢竟貝特瑞有產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢在。在他看來，負極材料的競爭還是要看大家的技術(shù)，只要有技術(shù)優(yōu)勢，自然是有信心面對競爭的。
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