天然石墨Vs人造石墨:人造石墨替代趋势明显天然石墨具有加工性能好、性价比高等特点,但因石墨负极材料吸液性差,分子中不存在交联的sp3碳结构,墨片分子易于发生平移,从而导致石墨负极材料的循环性能不理想。适用的应用领域包括适用于钢壳、铝壳,聚合物,圆柱等锂离子电池。
而人造石墨是通过高温石墨化、球化、纯化、改性等核心技术而开发的具有高压实、高容量、长寿命的先进人造石墨负极材料。在技术上对石墨改性可对原始材料进行表面改性和结构调整,或使部分无序化,或在各类材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构,加大非化学计量嵌入-脱嵌反应。从而能够大幅提高能量密度、延长使用寿命等。应用领域包括适用于高端锂离子方形、圆柱、聚合物电池。
2012年天然石墨出货量同比增长13%,增速低于负极材料总体增速;人造石墨出货量同比增长24%,增速高于负极材料总体增速。天然石墨占负极材料的比重在逐步降低,而人造石墨占比不断提升,主要是由于:电子产品对锂电池安全性能、容量和倍率的要求逐步提高,具备极高性价比的低端天然石墨逐渐失去市场;目前国内用于智能手机和平板电脑的负极材料大多开始转向人造石墨,尤其是替换市场的锂电池;天然石墨循环膨胀较大,电解液消耗多,高压实下吸液性能较差,倍率性能也较差,在高容量电池,如动力电池方面,大多都采用人造石墨。对石墨类碳负极材料进行表面包覆改性,增加与电解液的相容性、减少不可逆容量、增加倍率性能还是目前应用研究的一个热点。
中间相炭微球(MCMB):寿命长,综合性能好
中间相炭微球原理即为采用负极材料前驱体制备技术和加工工艺,通过对生球、纯化、筛分全过程精准控制,确保产品高度一致性、均一性、稳定性。同时再结合先进的控制设备及系统控制能力,通过对碳微球粉碎、分级、包覆、改性、掺杂等手段,进而开发出均一、稳定、高能量密度的碳微球产品。具备长寿命、综合性能好的核心价值点,适用于各种锂离子电池,尤其是动力电池、圆柱电池。
钛酸锂:较高电压平台限制其规模化应用
石墨类锂电负极材料虽然工艺相对成熟,但受结构特性制约,其比容量已达到极限,无法满足大型动力电池所要求的持续大电流放电要求。而锂离子电池的很多性能都取决于负极材料,如充放电效率、寿命长短等,未来要取得突破,新型负极材料开发至关重要。
钛酸锂是安全性最高的负极材料,在充放电循环中保持“零应变性”,这种“零应变性”能够使钛酸锂嵌入和脱出锂离子时晶格常数和体积变化都很小,从而能够有效的避免由于电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏,进而避免锂金属枝晶的析出,最终提高电极的循环性能和使用寿命。但是其比容量比其他的金属基材料低很多,理论容量仅174mAh/g,且钛酸锂电压平台较高,当其与高电压正极材料如镍锰酸锂或磷酸镍锂相匹配时,才有可能解决该材料较高的平台电压问题。现阶段对氧化物负极材料钛酸锂进行掺杂,提高电子、离子传导性是应用研究的一个热点。