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导读: 业内人士表示,硅碳负极材料现在的普及度已经有了很大的提升,但是在应用上还存在不少障碍。

2018年以来,已经有包括力神电池在内的多家企业在高镍NCM 811和 NCA三元电池方面取得技术突破,这也拉动着硅碳负极材料的应用。而近日国轩高科发布与投资者交流互动记录,其制备的高镍NCM 811三元软包样品已于近期通过科技部的中期检查,能量密度达302 Wh/kg,负极采用硅碳材料。

50亿元的大市场

实验研究表示,作为新型锂离子电池负极材料,硅碳负极对于提升电池能量密度能发挥着比石墨负极更显著的功效。硅碳负极材料的应用,可以提升电池中活性物质含量,从而大大提升单体电芯的容量。

国家工信部等四部委发布的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》中提出,到2020年我国新型锂离子动力电池单体比能量超300Wh/kg,到2025年单体比能量达500Wh/kg。传统石墨材料很难达到这一要求,因而在高能量密度发展的路径之上,动力电池正极采用高镍三元材料,而负极则需配合使用硅碳负极材料。

不难断定,未来一段时间NCM 811 和 NCA 将成为动力电池市场的主流。随着硅碳负极制备工艺及电池厂商对于高镍体系掌握的技术逐步成熟,硅碳负极未来将迎来较为广阔的市场。数据显示,2018年国内硅碳复合材料用量达2000-3000吨,同比增长一倍左右。据预测,2020年国内硅碳负极材料市场空间将达50亿元。

宁德时代/力神电池/国轩高科/比亚迪纷纷布局

从国际上看,硅碳材料早先是在日韩企业中应用较多,松下和三星的产品都有成熟应用。特斯拉已将硅碳负极应用于车用动力电池,Model 3采用的硅碳负极,在传统石墨负极材料中加入10%的硅,让电池容量增加到550mAh/g以上,单体能量密度达300wh/kg以上;日本松下目前已实现硅碳负极材料18650电池的量产;日本汤浅电池推出硅碳负极材料的锂电池,应用在三菱汽车上;日立麦克赛尔开发出高电流容量硅负极锂电池;日本三井金属将硅负极锂电池推向消费电子和电动汽车两大领域。

从国内情况来看,宁德时代、力神电池、国轩高科、比亚迪、比克动力、万向A123、微宏动力等电池企业正在加快硅碳负极体系的研发和试生产。材料企业方面,贝特瑞的碳硅负极,则打入了特斯拉的供应链,为松下的动力电池电芯配套部分负极材料;杉杉股份、江西紫宸等具备了小量试产能力;除此之外,斯诺实业、星城石墨、杉杉股份、江西正拓、创亚动力、大连丽昌等也都在积极推进硅碳负极的产业化。

据了解,早在2016年10月,由宁德时代与中科院物理研究所等单位联合申报的“新一代锂离子动力电池产业化技术开发”项目启动,研发以高镍三元材料为正极、硅碳复合物为负极的锂离子动力电池。而在前不久,中国科学院院士欧阳明高介绍,宁德时代开发的高镍三元正极和硅碳负极电池的比能量已经达到304Wh/kg,今年将投放市场。

2018年,在国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项支持下,力神电池项目团队在NCA正极材料前期研究基础上,开发出高比能量、长循环寿命、良好安全性能的锂离子动力电池用高镍系正极材料;通过纳米制备、纳米分散、包覆及预嵌锂等多种技术,研制出容量高、首次效率高、循环稳定性及倍率性能好的硅碳负极材料。并基于该体系开发出的电芯单体比能量达303Wh/Kg。

除了在新能源汽车动力电池领域,在储能领域,硅碳负极材料也将拥有较好的应用前景。同时,航空航天、船舶舰艇等领域也对锂离子电池提出了更高能量密度和功率密度的要求,而纳米硅碳材料也是现阶段最具有开发潜力的锂离子电池负极材料,其应用前景非常广阔。

虽有障碍但前景广阔

不过,业内人士表示,硅碳负极材料现在的普及度已经有了很大的提升,但是在应用上还存在不少障碍。

首先,电池在批量生产的过程中还存在容量快速衰减、电池容易变形、循环次数达不到要求等问题,真正好的硅碳负极产品和用得好的电池厂家并不是很多;其次,性价比不高,电池容量提升5%-10%的情况下,电池的成本要增加20%-30%甚至更高。高镍三元+硅碳复合材料一直被认为是黄金搭配,但是隔膜、电解液等都存在需要一对一匹配的问题,且寻找匹配的电解液还存在一定的难度。

虽然硅碳负极材料的大规模应用还有很长的一段路要走,不过随着高镍NCM811和NCA三元电池的逐渐应用,硅碳负极材料必将迎来需求量的大爆发。

作者:马云腾

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