锂离子电池硅碳负极产业化难点浅析_CBA买球官网

近日由国家工信部等三部委牵头实施的《汽车产业中长期发展规划》中拒绝，到2020年动力电池单体比能量超过300瓦时/公斤以上，力争构建350瓦时/公斤。此前实施的一系列涉及政策，也将动力电池单体比能量约“300瓦时/公斤”原作为动力电池技术首先应当达成协议的一个“小目标”。

对于目前国内动力电池单体比能量广泛在220瓦时/公斤左右的现状，在未来严重不足4年的时间内，将单体比能量再行提高近4成，无论对于研究机构还是产业界，都是一个极大的挑战。在负极材料方面，业界争相将目标放到了低镍材料上，而负极材料方面，业界普遍认为硅碳负极不足以“担此大任”。国外部分企业早已构建了硅碳负极材料的量产。

比如松下2013年量产的NCR18650C型号电池，即使用硅碳负极材料；日本GS汤浅发售的硅基负极材料锂电池，已应用于三菱汽车上；日立麦克赛尔将硅碳负极材料用作智能手机、可穿着设备等小型锂离子电池上；尤其是特斯拉将硅碳负极顺利应用于将要量产的Model3上，构建超强300瓦时/公斤的比能量，更加让业界看见了硅碳负极在提升动力电池比能量方面的期望。然而，国内企业在硅碳负极产业化方面动作较快。除贝特瑞的硅碳填充负极材料有数国外批量订单外，CATL、比亚迪、国轩高科、力神、比克、杉杉股份、星城石墨等企业硅碳负极的产业化应用于都在前进中。

为何国外企业尤其是日企在硅碳负极产业化方面，回头的比国内企业要近得多？这还要从硅碳负极的特性想起。石墨的理论比容量是372mAh/g，而硅负极的理论比容量高达4200mAh/g。

石墨作为成熟期的负极材料，其能量密度早已基本被充分发挥，要想要在能量密度上有所提高，与硅融合是一种较好的方式。但在确实的用于过程中，硅碳负极不存在很多先天的“严重不足”。主要是体积收缩问题。

在充放电过程中，硅的体积不会收缩100%-300%，大大的膨胀收缩不会导致硅碳负极材料的粉末化，严重影响电池寿命；其次，硅的大大收缩，在电池内部产生相当大的形变，这种形变对极片导致断裂，循环多次后有可能经常出现极片脱落的情况；再度，也是由于电池内部形变的原因，很有可能导致电池内部孔隙率的减少，增加锂离子移动地下通道，导致锂金属的两县，影响电池安全性。此外，硅为半导体，导电性比石墨劣很多，造成锂离子脱嵌过程中不可逆程度大，从而减少其首次库伦效率。

正因如此，硅碳负极在研发和应用于方面的面对着较高的技术壁垒。

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