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锂电池负极材料的多重选择

作者: 来源:高工锂电 发布时间:2012-09-04 浏览:
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      中国储能网讯:目前负极材料的市场大部分为天然石墨和人造石墨混搭使用,既能增加电池容量,又能增加循环次数。”一位在锂电池负极材料领域多年的从业人员表示。
 
  记者了解到, 负极材料最初商业化的只有MCMB(中间相碳微球),接着人造石墨开始大量应用,彼时天然石墨也有,但很多厂商应用得并不好。随着电池工艺和电解液技术的不断进步,天然石墨以其较低的价格越来越多地应用在各类锂离子电池中。
 
  在商业应用中,石墨类碳材料技术较为成熟,市场价格也比较稳定,因锂离子动力电池对能力密度、功率密度,以及安全性能等要求不断提升,高容量、高安全、稳定性好、价格低廉的负极材料成为研究讨论的热点。
 
  上海杉杉科技有限公司研发总监乔永民指出,“动力电池的负极材料还未形成自己的体系,厂家也有不同的选择。”
 
    人造与天然石墨混搭
 
   “国内最先应用的是人造石墨,这几年反过来开始用天然石墨了,目前国内天然石墨的出货量还是非常高的。”深圳贝特瑞先进材料事业部总监王政表示。
 
  他认为,人造石墨的循环性能相对会好一些,但是天然石墨做好了,循环性能也不会差,贝特瑞以出口为主,三星用贝特瑞的天然石墨,性价比就非常高,关键在于与电解液的匹配。
 
  一般来讲,天然石墨容量高、压实高、加工性能好、成本低,安全性差、循环性能差、对电解液的选择较挑剔,但由于可以使正极容量发挥提高,相对成本还会下降,因此普遍用做小电池和手机电池。人造石墨克容量发挥较低、压实低、加工性能难以把握、成本高,循环和倍率性能好、对电解液的选择不挑剔,一般用做大容量电池和倍率电池。
 
  记者了解到,由于现在大多厂商越来越追求高能量密度,对负极材料能使用的压实密度要求也越来越高,但纯天然石墨因其循环膨胀较大,电解液消耗多,高压实下吸液性能较差,倍率性能较差,所以真正能够应用到高容量体系的不多。
 
  “对于天然石墨产品的稳定性和循环寿命,考验的是每个工厂的生产加工流程和工艺、技术的控制”,一位负极材料技术研发人员告诉记者,日本之所以用天然石墨也能将电池容量和性能做得很好,是因为他们将国内厂商所提供的石墨粉买回去,自己还会进一步加工处理,之后再使用或辗转高价卖回国内市场,而国内目前的技术水平还用不好天然石墨。
 
  同时,他指出,“正因为国内电池企业技术还有所欠缺,所以目前国内市场以天然和人造石墨混用为主,降低成本的同时也降低了电池的制造难度。”
 
  现在很多手机电池厂商,为了弥补天然石墨的缺点,按一定比例掺杂人造石墨,如铝壳电池用高端天然石墨掺混少量低端人造石墨,对提高循环和降低成本效果就不错。青岛一负极材料厂的业务经理徐小姐指出,“随着客户对各项性能要求的提高,高端人造石墨在手机电池将得到广泛应用”。
 
  长沙星城副总经理黄越华也表示,“目前国内市场以人造石墨居多,天然石墨原材料受限,制作工艺简单,克容量最高只能做到370mAh/g,人造石墨目前可做到400mAh/g以上。”
 
  他认为,“人造石墨这两年的使用会越来越超过天然石墨。”
 
     高倍率负极材料的选择
 
     随着这几年动力电池的发展,以及人们对于快充和大倍率充电性能的追求,高倍率的电极材料日益受到重视。
 
  “贝特瑞的天然石墨主要是用在消费类电池,长沙星城的人造石墨则主要针对动力电池市场,2011年公司动力类负极材料占比40%。”黄越华表示,天然石墨受限于原材料,人造石墨的原材料来源更广泛。
 
  对此,王政认为,人造石墨的原材料主要是石油焦,来源不稳定,因此批次的稳定性很差。天然石墨的原材料因为来源于石墨矿,一致性非常好。
 
  日本主要用的也是天然石墨,贝特瑞在国内整个负极材料市场占比30%左右,大部分就是天然石墨。
 
  “人造石墨虽在国内应用较早,但是更核心的技术仍为日本厂商所垄断。从长远看,我认为天然石墨是个趋势。”一位负极材料技术人员告诉记者。
 
  他表示,日本已用天然石墨做动力电池,就是在天然石墨表面包覆一层导电炭黑,以解决其吸液性问题和晶面取向问题,但是容量和首次效率会略受影响。国内也有人在天然石墨表面包覆硬炭的,但不是很均匀,且批次稳定性不好,制约了推广。
 
  此外,安全性、循环性、大倍率充放电性能好的钛酸锂,也成为动力电池负极材料的最佳选择之一。乔永民认为,“钛酸锂在混合动力汽车和储能领域有一定的需求空间。”但因电压平台太高,胀气等问题难以解决,国内厂商技术不足,且价格较贵,目前还无法批量使用。“从成本上讲,软碳和天然石墨可能会是未来应用的趋势”,现实是因为高温性能难以解决,使软碳和硬碳目前实用化仍比较困难。
 
  有业内人士表示,软碳单独使用没有优势,与石墨掺杂使用应该可以弥补缺点,可用于动力电池或储能领域,比如日本的软碳基本都和人造石墨掺杂使用,目前正在推广中。
 
  受新能源概念影响,锂电行业投资愈演愈热,日本负极材料巨头在华建厂使竞争进一步加剧。持有长沙星城40%股份的当升科技(300073.SZ)披露,长沙星城今年一季度业绩情况并不理想。
 
  黄越华表示,“2011年经济环境不好,公司营收2000万,近一两个月稍微好转,这几年负极材料的小企业也越来越多了”。
 
  对于日本负极材料巨头在华建厂对国内负极材料产业造成的冲击,王政则认为,这对贝特瑞来讲不是个坏事情,毕竟贝特瑞有产业链的优势在。在他看来,负极材料的竞争还是要看大家的技术,只要有技术优势,自然是有信心面对竞争的。
 

关键字:锂电池 负极 材料

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