硅碳復(fù)合負(fù)極材料

　　數(shù)碼終端產(chǎn)品的大屏幕化、功能多樣化后，對電池的續(xù)航提出了新的要求。當(dāng)前鋰電材料克容量較低，不能滿足終端對電池日益增長的需求。

　　硅碳復(fù)合材料作為未來負(fù)極材料的一種，其理論克容量約為4200mAh/g,比石墨類負(fù)極的372mAh/g高出了10倍有余。其產(chǎn)業(yè)化后，將大大提升電池的容量。目前各大材料廠商紛紛在研發(fā)硅碳復(fù)合材料，如貝特瑞、杉杉股份、紫宸科技、長沙星城等。從專利來看，截至日前，中國硅碳復(fù)合材料的專利共269項，其中2012-2014年共186項，占比69%。

    現(xiàn)在硅碳復(fù)合材料存在的主要問題有：1)充放電時，體積膨脹，吸液能力強(qiáng)；2)循環(huán)壽命差。目前正在通過包覆、摻雜等手段解決以上問題，且部分企業(yè)已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。

　　鈦酸鋰

　　近年來，國內(nèi)對鈦酸鋰的研發(fā)熱情較高，申請的專利逐年攀升。截至日前，國內(nèi)共729項鈦酸鋰發(fā)明專利，其中2012-2014年共477項，占比為65%。

    鈦酸鋰的優(yōu)勢主要有：1)循環(huán)壽命長(可達(dá)10000次以上)，屬于零應(yīng)變材料(體積變化小于1%)，不生成傳統(tǒng)意義的SEI膜；2)安全性高。其插鋰電位高，不生成枝晶，且在充放電時，熱穩(wěn)定性極高；3)可快速充電。

　　目前限制鈦酸鋰使用的主要因素是價格太高，當(dāng)前的均價為11-16萬元/噸，高于傳統(tǒng)石墨。今年國家將鈦酸鋰大巴的補(bǔ)貼從50萬/輛下調(diào)至15萬元/輛，這進(jìn)一步限制鈦酸鋰的推廣應(yīng)用進(jìn)程。另外鈦酸鋰的克容量很低，為170mAh/g左右。

　　只有通過改善生產(chǎn)工藝，降低制作成本后，鈦酸鋰的長循環(huán)壽命、快充等優(yōu)勢才能發(fā)揮作用。結(jié)合市場及技術(shù)，鈦酸鋰比較適合用于對空間沒有要求的大巴和儲能領(lǐng)域。

　　石墨烯

　　石墨烯自2010年獲得諾獎以來，廣受全球關(guān)注，特別在中國。從2010年以來，國內(nèi)掀起了一股石墨烯研發(fā)熱潮，在2010-2014年間國內(nèi)石墨烯相關(guān)發(fā)明專利直線飆升，截至日前國內(nèi)申請石墨烯相關(guān)專利為7426項，居全球之首。

    石墨烯引發(fā)熱潮，是因為其諸多優(yōu)良性能，如透光性好，導(dǎo)電性能優(yōu)異、導(dǎo)熱性較高，機(jī)械強(qiáng)度高。石墨烯在鋰離子電池中的潛在應(yīng)用有：1)作負(fù)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(fù)極的容量。

　　另外，石墨烯良好的導(dǎo)熱性能確保其在電池體系中的穩(wěn)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(kuò)散通暢，有利于提高電池功率性能。

　　由于石墨烯的生產(chǎn)工藝不成熟，結(jié)構(gòu)欠穩(wěn)定，導(dǎo)致石墨烯作為負(fù)極材料仍存在一定問題，如首次放電效率較低，約65%；循環(huán)性能較差；價格較高，明顯高于傳統(tǒng)石墨負(fù)極。

　　2)作為正負(fù)極添加劑，可提高鋰電池的穩(wěn)定性、延長循環(huán)壽命、增加內(nèi)部導(dǎo)電性能。

　　鑒于石墨烯當(dāng)前的批量生產(chǎn)工藝不成熟、價格高昂、性能不穩(wěn)定，石墨烯將率先作為正負(fù)極添加劑在鋰離子電池中使用。

　　富鋰錳基正極材料

　　高容量是鋰電池的發(fā)展方向之一，但當(dāng)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(dá)到900Wh/kg，成為研發(fā)熱點。截至日前，國內(nèi)富鋰錳基發(fā)明專利66篇，絕大多數(shù)在2012-2014年間申請。

    富鋰錳基作為正極材料的優(yōu)勢有：1)能量密度高；2)主要原材料豐富。由于開發(fā)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(huán)過程析氧，帶來安全隱患；3)循環(huán)壽命很差；4)倍率性能偏低。

　　目前解決這些問題的手段有包覆、酸處理、摻雜、預(yù)循環(huán)、熱處理等。富鋰錳基雖然克容量優(yōu)勢明顯，潛力巨大，但限于技術(shù)進(jìn)展較慢，其大批量上市還需時間。