鋰電池負(fù)極材料石墨烯的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

 

　　近年來由于新能源汽車的快速發(fā)展，對動力鋰電池需求飛速提升，全球動力電池在鋰電池產(chǎn)量中的占比由2014年的14%快速提升到2015年的28%；而中國動力電池在鋰電池產(chǎn)量中的占比也由2014年的19%快速提升到2015年的36%。

 

　　鋰離子電池產(chǎn)業(yè)可以分為上游的礦產(chǎn)資源、中游的原材料、產(chǎn)品制造與組裝、下游的應(yīng)用三大范疇。在產(chǎn)業(yè)鏈的環(huán)節(jié)中，鋰電池隔膜制造環(huán)節(jié)的毛利率是最高的。負(fù)極材料技術(shù)是最成熟的，其中石墨系負(fù)極材料仍是主流。

 

　　仍技術(shù)角度來看，未來鋰離子電池負(fù)極材料將會呈現(xiàn)出多樣性的特點(diǎn)。隨著技術(shù)的迚步，目前的鋰離子電池負(fù)極材料已經(jīng)仍單一的人造石墨發(fā)展到了天然石墨、中間相碳微球、人造石墨為主，軟碳/硬碳、無定形碳、鈦酸鋰、硅碳合金等多種負(fù)極材料共存的局面。

 

　　天然石墨負(fù)極材料技術(shù)有了較大的迚步，其可逆容量已達(dá)360mAh/g以上，在消費(fèi)型鋰離子電池中獲得了廣泛的應(yīng)用。預(yù)計(jì)在未來的小型電池中，高容量電池仍將以天然石墨為主。人造石墨負(fù)極材料當(dāng)前的應(yīng)用非常廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是長寽命，較低的極片反彈，而缺點(diǎn)是容量相對較低。目前在人造石墨的技術(shù)改迚使得人造石墨也可以發(fā)揮350mAh/g的可逆容量。將人造石墨與天然石墨復(fù)合作為鋰離子電池負(fù)極材料也已被許多電池廠家所認(rèn)可。軟/硬碳、無定形碳、鈦酸鋰、金屬合金、硅碳合金等新型負(fù)極材料目前已經(jīng)處于試用階段，可能在未來幾年里會逐步產(chǎn)業(yè)化。新型的負(fù)極材料雖然有其特殊的優(yōu)勢，但技術(shù)仍然不成熟。

 

　　現(xiàn)階段，石墨材料是負(fù)極材料的主流，未來石墨烯、鈦酸鋰、硅碳復(fù)合材料未來其良好發(fā)展前景。從2015年全球鋰電池負(fù)極材料消費(fèi)結(jié)極來看，天然石墨、人造石墨、中間相炭碳微球及鈦酸鋰、軟碳與硬碳、非碳材料占比分別為55.0%、35.0%、7.4%、1.7%、0.8%，中國鋰電池負(fù)極材料消費(fèi)結(jié)極來看，天然石墨、人造石墨、中間相碳微球和鈦酸鋰占比分別為36%、53%、11%。

 

　　我國3C消費(fèi)品領(lǐng)域中，手機(jī)與微型計(jì)算機(jī)占據(jù)了絕大部分市場，因此在此我們主要討論近年來手機(jī)與微型計(jì)算機(jī)的市場情冴。在經(jīng)歷了2009~2010年智能手機(jī)的爆發(fā)式增長后，國內(nèi)手機(jī)產(chǎn)量基本保持在10%以上的年均增速平穩(wěn)增長；且由于2009年智能手機(jī)帶動平板電腦等便攜設(shè)備的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)量也在經(jīng)歷2010年前后的爆發(fā)后回落。不過總體來說3C電子市場近幾年保持了相對平穩(wěn)的增長，可以預(yù)期未來繼續(xù)保持低增速的發(fā)展態(tài)勢。

 

　　石墨烯獨(dú)特的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電化學(xué)性能，使其在鋰離子電池領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，但是目前石墨烯仍然存在制備和應(yīng)用等方面的技術(shù)困難，使其在鋰電池領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用還有較大的距離。因此解決石墨烯自身及其在鋰電池應(yīng)用方面存在的技術(shù)問題將會是石墨烯與鋰電池行業(yè)破局之路的先決條件。