負(fù)極材料分類眾多，其中石墨類碳材料一直處于負(fù)極材料的主流地位?？偨Y(jié)發(fā)現(xiàn)，近日受到追捧的石墨烯概念、業(yè)內(nèi)使用較為普遍的人工石墨、性能穩(wěn)定的中間相碳微球以及有“新大陸”之稱的硅碳復(fù)合材料，在負(fù)極材料領(lǐng)域形成了“四方爭霸”的局面。
獨(dú)占一方的石墨烯
石墨烯是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體，因?yàn)橘|(zhì)地薄、硬度大且電子移動速度快而被科學(xué)家廣泛推崇，并冠以“新材料之王”的美譽(yù)。盡管這位“王者”優(yōu)異的化學(xué)性能被新能源市場所看好，但是至今為止依然停留在“概念化”的階段。
如果將石墨烯用作鋰電負(fù)極材料的話，需要獨(dú)立的上下游產(chǎn)業(yè)鏈、昂貴的價(jià)格還有復(fù)雜的工藝，這讓眾多負(fù)極材料廠商望而卻步。盡管如此，國內(nèi)依然有一些企業(yè)砥礪前行，目前中國安寶、大富科技以及貝特瑞等知名企業(yè)已經(jīng)開始布局石墨烯產(chǎn)業(yè)。
但是，行業(yè)內(nèi)關(guān)于石墨烯用作負(fù)極材料的質(zhì)疑也在不斷發(fā)酵，有人認(rèn)為石墨烯的振實(shí)和壓實(shí)密度都非常低，又加之成本昂貴，作為電池負(fù)極材料前景十分渺茫。但是鑒于它的熱潮還在持續(xù)，說它是“一方霸主”也不為過。
控制“主場”的人工石墨
目前負(fù)極材料主要以天然石墨和人造石墨為主，這兩種石墨各有優(yōu)劣。湖州創(chuàng)亞總經(jīng)理胡博表示：“天然石墨克容量較高、工藝簡單、價(jià)格便宜，但吸液及循環(huán)性能差一些；人造石墨工藝復(fù)雜些、價(jià)格貴些，但循環(huán)及安全性能較好。通過各種手段的技術(shù)改進(jìn)，這兩種石墨負(fù)極材料都可以‘揚(yáng)長避短’，但就目前來看，人造石墨用于動力電池上占據(jù)一定的優(yōu)勢”。
而這一說法也在市場中得到了印證。相關(guān)媒體調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，今年第一季度中國天然石墨產(chǎn)量4770噸，同比增長16.3%；人造石墨出貨15160噸，同比增長110.5%。從以上數(shù)據(jù)來看，人造石墨出貨量遠(yuǎn)高于天然石墨，而造成這一現(xiàn)象的重要原因，是去年以來市場對動力電池的強(qiáng)勁需求。
性能穩(wěn)定的中間相碳微球
中間相碳微球具有高度有序的層面堆積結(jié)構(gòu)，是典型的軟碳，石墨化程度較高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，電化學(xué)性能優(yōu)異。據(jù)中咨網(wǎng)研究部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2012年中國負(fù)極材料出貨量為27650噸，其中天然石墨出貨量占比59%，人造石墨30%，石墨化中間碳微球8%。就此說來，中間相碳微球是僅次于天然石墨和人工石墨的第三大主流碳類負(fù)極材料。
據(jù)悉，中間相碳微球在倍率性能上高出天然石墨和人工石墨，用在航模、動力工具上具有明顯的優(yōu)勢。此外，它的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性決定了它不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使用在鋰電池上加大了安全保證。但是其制作成本高，工藝復(fù)雜且容易被替代，因此中間相碳微球產(chǎn)銷一直處于穩(wěn)定地位，沒有被過多的發(fā)展.
“新大陸”硅碳復(fù)合材料
曾有一篇文章中提到，硅負(fù)極材料理論容量比達(dá)到4200mAh/g以上，遠(yuǎn)高于石墨類負(fù)極(372mAh/g)。但硅負(fù)極材料卻存在天然的缺陷，即鋰嵌入到硅的晶胞內(nèi)，會導(dǎo)致硅材料發(fā)生嚴(yán)重的膨脹，造成容量迅速下降，為了克服硅負(fù)極材料的這些缺點(diǎn)，科學(xué)家將硅負(fù)極和石墨材料結(jié)合在一起，硅碳復(fù)合材料由此而生，并被稱為“鋰電負(fù)極材料的新大陸”。
據(jù)悉，特斯拉發(fā)布的Model 3就采用了硅碳負(fù)極作為動力電池新材料。通過在人造石墨中加入10%的硅基材料，特斯拉讓電池容量達(dá)到了550mAh/g以上，電池能量密度可達(dá)300wh/kg?，F(xiàn)在，這種用硅碳復(fù)合材料來提升電池能量密度的方式已是業(yè)界公認(rèn)的方向之一。
就目前的負(fù)極材料市場看來，石墨烯未來的發(fā)展捉摸不定。而近年來一直處于消費(fèi)首位的人工石墨，也面臨著高性能的硅碳復(fù)合材料的挑戰(zhàn)，世界新能源汽車市場的領(lǐng)頭者特斯拉對硅碳復(fù)合材料的使用，必定會掀起一陣硅碳復(fù)合材料的熱潮，受其影響，未來鋰電池負(fù)極材料市場或?qū)⒅匦孪磁啤６恢碧幱诜€(wěn)定地位的中間相碳微球，未來則不會產(chǎn)生太大的波動。