負極材料分類

國內(nèi)現(xiàn)有負極產(chǎn)品主要為碳材料和非碳材料，其中碳材料又可以分為石墨類碳材料和無定型碳材料，石墨類碳材料應用比較多的是天然石墨和人造石墨;而非碳材料方面主要包括錫基材料、硅基材料、氮化物、鈦基材料，其中硅基材料和鈦基材料在市場上有少量應用。

硅碳類材料的優(yōu)點和缺點

石墨類負極作為主要的負極材料，應用已經(jīng)非常廣泛，但是石墨類負極材料容量已做到360mAh/g，已經(jīng)接近372mAh/g的理論克容量，再想提升其空間已很難實現(xiàn)。而硅與碳化學性質相近，硅在常溫下可與鋰合金化，生成Li15Si4相，理論比容量高達3572mA·h/g，遠高于商業(yè)化石墨理論比容量，在地殼元素中儲量非常豐富，成本低、環(huán)境友好，因而硅負極材料一直備受科研人員關注，是最具潛力的下一代鋰離子電池負極材料之一。

但是，由于硅在充放電過程中容易產(chǎn)生體積膨脹(~300%)，這限制了硅負極的商業(yè)化應用。碳質負極材料在充放電過程中體積變化較小，具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性能，而且碳質負極材料本身是離子與電子的混合導體;另外，硅與碳化學性質相近，二者能緊密結合，因此碳常用作與硅復合的首選基質。在Si/C復合體系中，Si顆粒作為活性物質，提供儲鋰容量;C既能緩沖充放電過程中硅負極的體積變化，又能改善Si質材料的導電性，還能避免Si顆粒在充放電循環(huán)中發(fā)生團聚。因此Si/C復合材料綜合了二者的優(yōu)點，表現(xiàn)出高比容量和較長循環(huán)壽命，有望代替石墨成為新一代鋰離子電池負極材料。

硅碳材料主要結構

包覆型：包覆結構是在活性物質硅表面包覆碳層，緩解硅的體積效應，增強其導電性。根據(jù)包覆結構和硅顆粒形貌，包覆結構可分為核殼型、蛋黃-殼型以及多孔型;

嵌入型：嵌入型硅碳復合材料是將硅顆粒通過物理或者化學手段分散到碳載體中，硅顆粒與碳基體結合緊密，形成穩(wěn)定的兩相或者多相體系，依靠碳載體為電子和離子提供傳輸通道和支撐骨架，提供材料結構的穩(wěn)定性。

主要負極材料廠商開始布局硅碳負極材料

硅碳負極優(yōu)異的電化學性能吸引了許多負極材料廠商投入到硅碳材料的研發(fā)和生產(chǎn)當中，負極材料企業(yè)如貝特瑞、上海杉杉、斯諾和國軒高科等都公布了各自的硅碳負極產(chǎn)能規(guī)劃。但是由于硅碳材料成本較高和合成工藝較為復雜，目前只有貝特瑞等少量廠商能夠批量供貨，2017年出貨1000噸，已有部分國外客戶使用。其S1000型號硅碳負極材料的比容量高達1050mAh/g，盡管離硅的理論比容量4200mAh/g仍有較大差距，但已經(jīng)是人造石墨負極材料比容量的3倍，性能有大幅度地提高。

電池廠布局硅碳系列電池

硅碳材料早先是在日韓企業(yè)中應用較多，松下和三星的產(chǎn)品都有成熟應用，特斯拉通過在傳統(tǒng)石墨負極材料中加入10%以上的硅碳，讓電池容量增加到550mAh/g以上。國內(nèi)方面，由于硅碳是一種新型的負極材料，與其配套的正極材料和電解液等技術水平有限，真正實現(xiàn)硅碳類電池量產(chǎn)的企業(yè)還非常少。國內(nèi)包括國軒高科、寧德時代、比克電池、比亞迪、天津力神等都已經(jīng)開始布局相關產(chǎn)品，但是真正量產(chǎn)應用的主要在18650產(chǎn)品上面。