硅碳正极材料是锂电池正极材料的发展趋势吗？
来源：宝鄂实业
2019-11-17 22:22
点击量：次
锂电池厂家预测，硅碳正极材料是锂电池正极材料的发展重点
硅基负极材料由于具有较高的理论储存容量，将取代传统的石墨负极材料，成为下一代锂离子电池最有前途的负极材料之一。但硅作为负极材料，体积膨胀率高，电导率低，电解液分解产生高频腐蚀，限制了其在商业应用中的发展。
碳具有稳定性高、导电性好、价格低廉、来源广泛等优点，但其理论存储容量较低，仅为硅的1/10左右。为了解决锂离子电池用硅材料的问题，目前主要采用硅碳复合的方法来制备储能高、导电性好、循环性能好的硅碳复合负极材料。
目前，硅碳正极材料的总产量还不到锂正极材料的1%。但随着锂电池厂商的扩张和新企业的崛起，预计硅碳材料将在近年来正式大量进入市场。
硅是发现迄今为止最高的锂离子电池阴极材料,负极材料是最具潜力之一,硅材料的理论比容量高,硅碳符合能量密度可以增加了逾200%,后不仅可以满足便携式电源容量的要求,也能满足锂离子电池的混合动力电动汽车的高功率需求。
硅碳正极材料研究的难点
为了解决体积膨胀带来的循环寿命和安全问题，将会出现新的准备和成本问题。硅是一种半导体，它的导电性比石墨差很多，导致锂离子去除过程中不可逆性很高，从而降低了它的第一库仑效率。其直接影响也使锂电池的循环寿命变差。因此，硅碳负极的应用需要更高的技术壁垒。
在充放电过程中，硅的体积会膨胀100%-300%。连续的收缩和膨胀会导致硅碳正极材料的粉化，严重影响电池的使用寿命。硅的膨胀会在电池内部产生巨大的压力。这种应力会挤压极板，导致极板断裂。此外，电池内部的孔隙率会降低，导致锂金属沉淀，影响电池的安全性。
为了解决体积膨胀问题，可以控制碳材料中硅的含量，将硅的体积降低到纳米级。或改变石墨的纹理、形状，以达到碳与硅的最佳匹配;或用其他材料涂覆硅层，促进膨胀后的回收;采用合适的电极材料等一系列方法可以减少硅膨胀带来的问题。
虽然没有完美的解决问题,如硅粒子嵌入锂的扩张,SEI膜的连续破裂和增长消费锂源和电解质,一些纳米硅碳负极材料已被核心企业经过多年的努力,主要的国内外企业和研究机构。
国内硅碳负极产业化仍处于起步阶段，但技术进步十分明显，其硅碳负极的研发和生产已处于国内领先水平。预计到2020年，硅碳负极材料的市场空间将达到50亿左右，市场集中度将非常高。
硅碳正极作为一种新型的锂离子电池负极材料，在提高电池的能量密度方面比目前的石墨负极更有效。但由于其应用壁垒较高，在我国还处于工业化的初期阶段。
在国外，松下实现了含硅碳负极材料的18650电池的量产，特斯拉将硅碳负极材料应用于汽车动力电池。硅碳负极材料的应用前景越来越光明，未来硅碳负极材料有可能成为负极材料领域的领导者。
