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锂电池负极材料有哪些?

锂电池负极材料按照所用活性物质,可分为碳材和非碳材两大类:

碳系材料包括石墨材料(天然石墨、人造石墨以及中间相碳位球)与其它碳系(硬碳、软碳和石墨烯)两条路线。石墨烯负极材料又可进一步分为天然石墨、人造石墨、复合石墨和中间相碳微球。其中,天然石墨负极材料的上游为天然石墨矿石,人造石墨负极材料的上游包括针状焦、石油焦、沥青焦等原料。

非碳系材料可细分为钛基材料、硅基材料、锡基材料、氮化物和金属锂等。

作为锂离子电池的关键材料之一,负极材料占锂电池成本约10%,主要由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合而成后均匀涂抹在铜箔两侧经干燥、滚压而成,起到可逆地脱/嵌锂离子并储存能量的作用,是锂离子电池中起氧化反应的电极,对锂离子电池充放电效率、能力密度等性能起到决定性作用,是锂电池关键材料之一 。

中国已是全球负极材料主要产地。目前,全球锂电池负极材料的行业集中度非常,主要集中在中国与日韩。

就趋势而言,人造石墨替代天然石墨大势所趋,人造石墨中国极具成本优势(高耗电行业,类似多晶硅,成本较日韩至少便宜20%),中国人造石墨负极将垄断全球,负极是锂电材料里最受益的是海外LG等电池放量的板块。

人造石墨广泛应用于中高端EV、 3C等领域,成为目前锂电负极材料的主流选择;天然石墨则主要应用于低端EV、储能、3C等领域。

而硅基材料是下一代负极材料首选。由于石墨负极材料能量密度的理论上限为372mAh/g,而行业头部公司的产品已可实现365mAh/g的能量密度,逼近理论极限,未来的提升空间极为有限,急需寻找下一代替代品。

相比之下硅理论容量比可达 4200mAh/g,远超石墨类材料,且具有环境友好、储量丰富、成本较低等优点, 因此硅基负极材料被认为是下一代高容量锂离子电池负极材料的首选。但作为负极材料,硅也有严重缺陷,锂离子嵌入会导致严重的体积膨胀,破坏电池结构,造成电池容量快速下降。而且,当前的硅碳负极材料市场价格超过15万元/吨,是高端人造石墨负极材料的两倍。

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