锂电池的四种负极材料有哪些区别？
来源：宝鄂实业
2019-04-30 12:02
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在锂电池四大材料中，负极材料的技术相对最成熟。通常将锂电池负极材料分为两大类：碳材料和非碳材料。其中碳材料又分为石墨和无定形碳，如天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软炭（如焦炭）和一些硬炭等；其他非碳负极材料有氮化物、硅基材料、锡基材料、钛基材料、合金材料等。
锂电池负极材料处于锂电池产业中游的最核心的环节，按电池成本分布，锂电池负极材料及其他占比锂离子电池总成本的28%左右。好的负极材料应该满足如下要求：比能量高、相对锂电极的电极电势低；充放电反应可逆性好；与电解液和粘结剂的兼容性好；比表面积小（<10m2/g）；振实密度高（>2.0g/cm3）；嵌锂过程中尺寸和机械稳定性好；资源丰富、价格低廉；在空气中稳定、无毒副作用。目前主要是中间相碳微球（MCMB）、天然石墨（NGR）和硬碳（HC）。
负极材料在国内已几乎全部实现产业化。目前，国内负极材料产能也较大，基本能满足国内市场的需求。高工产研锂电研究所（GGII）调研显示，2015年我国负极材料产量7.28万吨，同比增长42.7%；国内负极材料产值为38.8亿元，同比2014年增长35.2%。2015年负极材料均价保持下滑，幅度在5%~10%。虽价格整体下降，但负极材料产值增速接近产量增速，因为负极材料的结构在发生变化。受动力电池带动，2015年国内负极材料的需求增长最快的是人造石墨，而人造石墨的均价高于天然石墨。
全球负极材料总出货量中天然石墨占比55%，人造石墨占比35%，中间相炭微球占比7.4%，钛酸锂、锌、硅合计占比约1%。综合而看石墨类负极材料占总出货量的90%。全球来看，目前锂电池负极材料生产企业主要在中国和日本，中国的优势是石墨资源，日本优势是技术。负极材料产品市场呈现出明显的寡头垄断格局，负极材料市场集中度高决定了行业盈利的相对稳定，但是国内产能的集中建成，预计产品价格会小幅走低。
硅合金和钛酸锂等负极新材料有望大幅提高产品性能。随着锂电池交通工具以及储能领域的快速增长，由于石墨类负极的高性价比，未来2~3年石墨类负极材料仍会作为主流，我们预计产量将保持年20%左右的增长。天然石墨主要用在数码产品及笔记本电脑上，人造石墨多用于交通工具领域，其增长速度会高于负极材料的增长速度。而天然石墨的增长会低于负极材料的增长速度。从技术来讲，石墨负极材料的性能逐渐趋于理论值，如石墨的克容量为372mAh/g，目前部分厂家产品可以达到365mAh/g，由于生产工艺和固有缺陷，这已经基本达到极限值。
四种负极材料的PK
独占一方的石墨烯
石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体，因为质地薄、硬度大且电子移动速度快而被科学家广泛推崇，并冠以“新材料之王”的美誉。尽管这位“王者”优异的化学性能被新能源市场所看好，但是至今为止依然停留在“概念化”的阶段。
如果将石墨烯用作锂电负极材料的话，需要独立的上下游产业链、昂贵的价格还有复杂的工艺，这让众多负极材料厂商望而却步。尽管如此，国内依然有一些企业砥砺前行，目前中国安宝、大富科技以及贝特瑞等知名企业已经开始布局石墨烯产业。
但是，行业内关于石墨烯用作负极材料的质疑也在不断发酵，有人认为石墨烯的振实和压实密度都非常低，又加之成本昂贵，作为电池负极材料前景十分渺茫。但是鉴于它的热潮还在持续，说它是“一方霸主”也不为过。
控制“主场”的人工石墨
目前负极材料主要以天然石墨和人造石墨为主，这两种石墨各有优劣。湖州创亚总经理胡博表示：“天然石墨克容量较高、工艺简单、价格便宜，但吸液及循环性能差一些；人造石墨工艺复杂些、价格贵些，但循环及安全性能较好。通过各种手段的技术改进，这两种石墨负极材料都可以‘扬长避短’，但就目前来看，人造石墨用于动力电池上占据一定的优势”。
而这一说法也在市场中得到了印证。相关媒体调研数据显示，今年第一季度中国天然石墨产量4770吨，同比增长16.3%；人造石墨出货15160吨，同比增长110.5%。从以上数据来看，人造石墨出货量远高于天然石墨，而造成这一现象的重要原因，是今年以来市场对动力电池的强劲需求。
性能稳定的中间相碳微球
中间相碳微球具有高度有序的层面堆积结构，是典型的软碳，石墨化程度较高，结构稳定，电化学性能优异。据中咨网研究部统计数据显示，2012年中国负极材料出货量为27650吨，其中天然石墨出货量占比59%，人造石墨30%，石墨化中间碳微球8%。就此说来，中间相碳微球是仅次于天然石墨和人工石墨的第三大主流碳类负极材料。
据悉，中间相碳微球在倍率性能上高出天然石墨和人工石墨，用在航模、动力工具上具有明显的优势。此外，它的热稳定性和化学稳定性决定了它不易发生化学反应，使用在锂电池上加大了安全保证。但是其制作成本高，工艺复杂且容易被替代，因此中间相碳微球产销一直处于稳定地位，没有被过多的发展。
