2020先進電池材料論壇前瞻⑧：矽碳負極與鋰金屬負極產業化「競賽」

負極|矽碳|鋰金屬文章來源自：高工鋰電網

2020-08-05 09:10:05 閱讀：300

在下一代高比能鋰離子電池開發中，矽碳負極和鋰金屬負極成為業內商業化應用研發的重點對象。

現階段商業化石墨負極材料已經接近其理論比容量極限（372mAh/g），而矽理論比容量高達4200mAh/g，這意味著矽基材料商業化前景廣闊。

目前，特斯拉Model 3使用的2170電池已經採用了矽碳的技術路線，在傳統的石墨負極材料中加入了10%的矽，使其比能量可達到300wh/kg。

因此目前主流電池企業和材料企業都將矽負極作為未來的主要研究課題。

然而，由於矽在充放電過程中會發生劇烈的體積收縮，體積的劇烈變化會導致內部機械機構失效，從而使得矽負極的循環壽命難達預期，因此尚未在鋰電池中大規模應用。

高工鋰電獲悉，矽基負極改性主要包括納米化、氧化亞矽及碳包覆等三種手段形成矽碳複合材料，以此減小體積效應對矽顆粒及SEI膜破壞。

目前，業內也有一些電池企業、材料企業和科研院所在進行研究，改進矽基材料的性能。

目前全球針對矽基負極材料的專利數量已經逾萬，其中LG化學、三星、信越、村田、豐田、三菱、日立化成等日韓巨頭是主要的矽基負極材料技術專利申請單位。

在材料層面，包括貝特瑞、江西紫宸、中科星城、甚至斯諾、杉杉科技、正拓能源等企業都在積極推進矽碳負極的產業化。

在技術層面，為了減緩電池容量的衰減，補鋰技術成為了業內有效緩減高容量碳材料、合金負極以及轉換材料的首次不可逆損失的有效手段。

目前，包括寧德時代、比亞迪、國軒高科、萬向一二三等電池企業都在探索預鋰化技術。

除了矽碳負極之外，鋰金屬負極也得到了業內的極大關注。

與矽負極相比，鋰金屬負極的容量為3860 mAh/g，並且具有優異的導電性，是一種理想的負極材料。

但是金屬鋰負極在充放電過程中會產生鋰枝晶，鋰枝晶在生長過程中會不斷消耗電解液並導致金屬鋰的不可逆沉積，形成死鋰造成低庫倫效率。甚至還會刺穿隔膜導致電池內部短接，造成電池的熱失控引發燃燒爆炸。

為了克服這一障礙並將下一代電池推向市場，業內也在積極探索，主要通過材料改進優化提升材料性能。

日前，SKI宣布公司將與2019年諾貝爾化學獎得主、被稱為「鋰離子電池之父」的JohnB.Goodenough教授合作研發鋰金屬電池。雙方計劃開發一種新的凝膠聚合物電解質系統，該系統將均勻地輸送鋰離子，同時過濾行駛中不需要的離子，並最終抑制樹突生長。

麻省固能（SES）建立了一整套的解決方式，包括鋰金屬負極材料、高濃度鋰鹽電解質材料。同時，SES通過硬體（材料和電芯設計）和軟體（鋰金屬電池管理系統）的結合，極大程度降低了鋰枝晶導致的安全問題。

總體來看，業內都在進行矽碳負極和鋰金屬負極的產業化研究，通過各種方式製備原材料，克服其目前存在的問題。

在此背景下，2020先進電池材料集群產業發展論壇將於8月26-27日在深圳機場凱悅酒店舉行，此次會議由深圳先進電池材料產業集群主辦，深圳市清新電源研究院、高工鋰電、高工氫電聯合承辦。

屆時，哈爾濱工業大學（深圳） 慈立傑教授將做題為「高能量密度鋰離子電池矽碳和鋰金屬負極材料設計及製備研究」的演講，分享矽碳負極和鋰金屬負極的前沿信息。

慈立傑教授目前主要研究方向為鋰離子電池、鋰空氣電池；全固態電池；矽碳負極、金屬鋰負極保護、新型固態電解質材料、電化學催化劑材料的製備與應用等。