鉅大LARGE | 點擊量：1506次 | 2021年07月17日
將來10大最具潛力的鋰離子電池新材料？
鋰離子電池的發展正處于一個瓶頸期，能量密度已經接近其物理極限。我們要新的材料或者技術去實現鋰離子電池的沖破，以下幾種電池材料被業內人士一直看好，或將成為打破鋰離子電池障礙的沖破口。
1、硅碳復合負極材料
數碼終端產品的大屏幕化、功能多樣化后，對電池的續航提出了新的要求。當前鋰電材料克容量較低，不能滿足終端對電池日益上升的需求。
硅碳復合材料作為將來負極材料的一種，其理論克容量約為4200mAh/g以上,比石墨類負極的372mAh/g高出了10倍有余，其產業化后，將大大提升電池的容量。今朝硅碳復合材料存在的重要問題有：
充放電過程中，體積膨脹可達300%，這會導致硅材料顆粒粉化，造成材料容量損失。同時吸液能力差。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
循環壽命差。目前正在通過硅粉納米化，硅碳包覆、摻雜等手段處理以上問題，且部分公司已經取得了一定進展。
相關研發公司：目前各大材料廠商紛紛在研發硅碳復合材料，如bTR、斯諾、星城石墨、湖州創亞、上海杉杉、華為、三星等。國內負極材料公司研發硅基材料的情況是：大部分材料商都還處于研發階段，目前惟有上海杉杉已進入中試量產階段。
2、鈦酸鋰
近年來，國內對鈦酸鋰的研發熱情較高，鈦酸鋰的優點重要有：
循環壽命長(可達10000次以上)，屬于零應變材料(體積變化小于1%)，不生成傳統意義的SEI膜;
安全性高。其插鋰電位高，不生成枝晶，且在充放電時，熱穩定性極高;
可快速充電。
目前限制鈦酸鋰使用的重要因素是價格太高，高于傳統石墨，另外鈦酸鋰的克容量很低，為170mAh/g左右。惟有通過改善加工工藝，降低制作成本后，鈦酸鋰的長循環壽命、快充等優點才能發揮用途。結合市場及技術，鈦酸鋰比較適合用于對空間沒有要求的大巴和儲能范疇。
相關研發公司：珠海銀隆、四川興能、湖州微宏動力有限公司、深圳貝特瑞新能源材料股份有限公司、湖南杉杉新材料有限公司以及安徽和深圳周邊的多家規模較小的鈦酸鋰加廠家。
3、石墨烯
石墨烯自2010年獲得諾獎以來，廣受全球關注，特別在我國。國內掀起了一股石墨烯研發熱潮，其具諸多優良性能，如透光性好，導電性能優異、導熱性較高，機械強度高。石墨烯在鋰離子電池中的潛在使用有：
作負極材料。石墨烯的克容量較高，可逆容量約700mAh/g,高于石墨類負極的容量。另外，石墨烯良好的導熱性能確保其在電池體系中的穩定性，且石墨烯片層間距大于石墨，使鋰離子在石墨烯片層間擴散通暢，有利于提高電池功率性能。由于石墨烯的加工工藝不成熟，結構欠穩定，導致石墨烯作為負極材料仍存在一定問題，如首次放電效率較低，約65%;循環性能較差;價格較高，分明高于傳統石墨負極。
作為正負極添加劑，可提高鋰離子電池的穩定性、延長循環壽命、新增內部導電性能。
鑒于石墨烯當前的批量加工工藝不成熟、價格高昂、性能不穩定，石墨烯將率先作為正負極添加劑在鋰離子電池中使用。
相關研發公司：珈偉股份，東旭光電，青島昊鑫新能源，廈門凱納等
4、碳納米管
碳納米管是一種石墨化結構的碳材料，自身具有優良的導電性能，同時由于其脫嵌鋰時深度小、行程短，作為負極材料在大倍率充放電時極化用途較小，可提高電池的大倍率充放電性能。
缺點：碳納米管筆直作為鋰離子電池負極材料時，會存在不可逆容量高、電壓滯后及放電平臺不分明等問題。如Ng等采用簡單的過濾制備了單壁碳納米管，將其筆直作為負極材料，其首次放電容量為1700mAh/g，可逆容量僅為400mAh/g。
碳納米管在負極中的另一個使用是與其他負極材料(石墨類、鈦酸鋰、錫基、硅基等)復合，利用其神奇的中空結構、高導電性及大比表面積等優勢作為載體改善其他負極材料的電性能。
相關研發公司：天奈科技、納米港等
5、富鋰錳基正極材料
高容量是鋰離子電池的發展方向之一，但當前的正極材料中磷酸鐵鋰的能量密度為580Wh/kg,鎳鈷錳酸鋰的能量密度為750Wh/kg，都偏低。富鋰錳基的理論能量密度可達到900Wh/kg，成為研發熱點。
富鋰錳基作為正極材料的優點有：1、能量密度高;2、重要原材料豐富。由于開發時間較短，目前富鋰錳基存在一系列問題：1、首次放電效率很低;2、材料在循環過程析氧，帶來安全隱患;3、循環壽命很差;4、倍率性能偏低。
目前處理這些問題的手段有包覆、酸解決、摻雜、預循環、熱解決等。富鋰錳基雖然克容量優點分明，潛力巨大，但限于技術進展較慢，其大批量上市還需時間。
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