鋰電池的四種負極材料有哪些區(qū)別？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-30 12:02
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在鋰電池四大材料中，負極材料的技術相對最成熟。通常將鋰電池負極材料分為兩大類：碳材料和非碳材料。其中碳材料又分為石墨和無定形碳，如天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、軟炭（如焦炭）和一些硬炭等；其他非碳負極材料有氮化物、硅基材料、錫基材料、鈦基材料、合金材料等。
鋰電池負極材料處于鋰電池產業(yè)中游的最核心的環(huán)節(jié)，按電池成本分布，鋰電池負極材料及其他占比鋰離子電池總成本的28%左右。好的負極材料應該滿足如下要求：比能量高、相對鋰電極的電極電勢低；充放電反應可逆性好；與電解液和粘結劑的兼容性好；比表面積小（<10m2/g）；振實密度高（>2.0g/cm3）；嵌鋰過程中尺寸和機械穩(wěn)定性好；資源豐富、價格低廉；在空氣中穩(wěn)定、無毒副作用。目前主要是中間相碳微球（MCMB）、天然石墨（NGR）和硬碳（HC）。
負極材料在國內已幾乎全部實現產業(yè)化。目前，國內負極材料產能也較大，基本能滿足國內市場的需求。高工產研鋰電研究所（GGII）調研顯示，2015年我國負極材料產量7.28萬噸，同比增長42.7%；國內負極材料產值為38.8億元，同比2014年增長35.2%。2015年負極材料均價保持下滑，幅度在5%~10%。雖價格整體下降，但負極材料產值增速接近產量增速，因為負極材料的結構在發(fā)生變化。受動力電池帶動，2015年國內負極材料的需求增長最快的是人造石墨，而人造石墨的均價高于天然石墨。
全球負極材料總出貨量中天然石墨占比55%，人造石墨占比35%，中間相炭微球占比7.4%，鈦酸鋰、鋅、硅合計占比約1%。綜合而看石墨類負極材料占總出貨量的90%。全球來看，目前鋰電池負極材料生產企業(yè)主要在中國和日本，中國的優(yōu)勢是石墨資源，日本優(yōu)勢是技術。負極材料產品市場呈現出明顯的寡頭壟斷格局，負極材料市場集中度高決定了行業(yè)盈利的相對穩(wěn)定，但是國內產能的集中建成，預計產品價格會小幅走低。
硅合金和鈦酸鋰等負極新材料有望大幅提高產品性能。隨著鋰電池交通工具以及儲能領域的快速增長，由于石墨類負極的高性價比，未來2~3年石墨類負極材料仍會作為主流，我們預計產量將保持年20%左右的增長。天然石墨主要用在數碼產品及筆記本電腦上，人造石墨多用于交通工具領域，其增長速度會高于負極材料的增長速度。而天然石墨的增長會低于負極材料的增長速度。從技術來講，石墨負極材料的性能逐漸趨于理論值，如石墨的克容量為372mAh/g，目前部分廠家產品可以達到365mAh/g，由于生產工藝和固有缺陷，這已經基本達到極限值。
四種負極材料的PK
獨占一方的石墨烯
石墨烯是由碳原子構成的只有一層原子厚度的二維晶體，因為質地薄、硬度大且電子移動速度快而被科學家廣泛推崇，并冠以“新材料之王”的美譽。盡管這位“王者”優(yōu)異的化學性能被新能源市場所看好，但是至今為止依然停留在“概念化”的階段。
如果將石墨烯用作鋰電負極材料的話，需要獨立的上下游產業(yè)鏈、昂貴的價格還有復雜的工藝，這讓眾多負極材料廠商望而卻步。盡管如此，國內依然有一些企業(yè)砥礪前行，目前中國安寶、大富科技以及貝特瑞等知名企業(yè)已經開始布局石墨烯產業(yè)。
但是，行業(yè)內關于石墨烯用作負極材料的質疑也在不斷發(fā)酵，有人認為石墨烯的振實和壓實密度都非常低，又加之成本昂貴，作為電池負極材料前景十分渺茫。但是鑒于它的熱潮還在持續(xù)，說它是“一方霸主”也不為過。
控制“主場”的人工石墨
目前負極材料主要以天然石墨和人造石墨為主，這兩種石墨各有優(yōu)劣。湖州創(chuàng)亞總經理胡博表示：“天然石墨克容量較高、工藝簡單、價格便宜，但吸液及循環(huán)性能差一些；人造石墨工藝復雜些、價格貴些，但循環(huán)及安全性能較好。通過各種手段的技術改進，這兩種石墨負極材料都可以‘揚長避短’，但就目前來看，人造石墨用于動力電池上占據一定的優(yōu)勢”。
而這一說法也在市場中得到了印證。相關媒體調研數據顯示，今年第一季度中國天然石墨產量4770噸，同比增長16.3%；人造石墨出貨15160噸，同比增長110.5%。從以上數據來看，人造石墨出貨量遠高于天然石墨，而造成這一現象的重要原因，是今年以來市場對動力電池的強勁需求。
性能穩(wěn)定的中間相碳微球
中間相碳微球具有高度有序的層面堆積結構，是典型的軟碳，石墨化程度較高，結構穩(wěn)定，電化學性能優(yōu)異。據中咨網研究部統(tǒng)計數據顯示，2012年中國負極材料出貨量為27650噸，其中天然石墨出貨量占比59%，人造石墨30%，石墨化中間碳微球8%。就此說來，中間相碳微球是僅次于天然石墨和人工石墨的第三大主流碳類負極材料。
據悉，中間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、動力工具上具有明顯的優(yōu)勢。此外，它的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性決定了它不易發(fā)生化學反應，使用在鋰電池上加大了安全保證。但是其制作成本高，工藝復雜且容易被替代，因此中間相碳微球產銷一直處于穩(wěn)定地位，沒有被過多的發(fā)展。
