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1、納米硅碳負極材料研究報告納米硅碳負極材料研究報告0引言自1991年SONY公司以石油焦炭為負極材料將鋰離子電池推向商業(yè)化以來，因其出色的循環(huán)壽命、較高工作電壓、高能量密度等特性，鋰離子電池一經(jīng)推出就受到人們的廣泛關(guān)注，迅速成為能源儲存裝置中的明星。近年來，隨著新能源交通工具(如EV和HEV)的發(fā)展，對鋰離子電池提出了更高的要求。作為鋰離子電池關(guān)鍵部分的負極材料需要具備在Ii的嵌入過程中自由能變化小，反應(yīng)高度可逆;在負極材料的固態(tài)結(jié)構(gòu)中有高的擴散率;具有良好的電導(dǎo)率;優(yōu)良的熱力學(xué)穩(wěn)定性以及與電解質(zhì)良好的相容勝等。研究者們通過開發(fā)具有新穎納米結(jié)構(gòu)的碳材料和非碳材料，

2、來提高作為鋰離子電池負極的嵌鏗性能。然而，這些新穎的材料，如Sn,Si,11納米硅碳負極材料研究報告納米硅碳負極材料研究報告0引言自1991年SONY公司以石油焦炭為負極材料將鋰離子電池推向商業(yè)化以來，因其出色的循環(huán)壽命、較高工作電壓、高能量密度等特性，鋰離子電池一經(jīng)推出就受到人們的廣泛關(guān)注，迅速成為能源儲存裝置中的明星。近年來，隨著新能源交通工具(如EV和HEV)的發(fā)展，對鋰離子電池提出了更高的要求。作為鋰離子電池關(guān)鍵部分的負極材料需要具備在Ii的嵌入過程中自由能變化小，反應(yīng)高度可逆;在負極材料的固態(tài)結(jié)構(gòu)中有高的擴散率;具有良好的電導(dǎo)率;優(yōu)良的熱力學(xué)穩(wěn)定性以及

3、與電解質(zhì)良好的相容勝等。研究者們通過開發(fā)具有新穎納米結(jié)構(gòu)的碳材料和非碳材料，來提高作為鋰離子電池負極的嵌鏗性能。然而，這些新穎的材料，如Sn,Si,11Fe、石墨烯、碳納米管，等，雖然其理論嵌鏗容量較高(Sn和Si的理論嵌鏗容量分別為994mAh/g和4200mAh/g，但由于制備工藝相當復(fù)雜，成本較高，而且在充放電過程中存在較大的體積變化和不可逆容量。因此，若將其進行商業(yè)化應(yīng)用還需要解決許多問題。鋰離子電池具有高電壓、高能量、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)等眾多優(yōu)點，已經(jīng)在消費電子、電動土具、醫(yī)療電子等領(lǐng)域獲得了少’一泛應(yīng)用。在純電動汽車、混合動力汽車、電動自行車、軌

4、道交通、航空航天、船舶艦艇等交通領(lǐng)域逐步獲得推少’一。同時，銼離子電池在大規(guī)?？稍偕茉唇尤?、電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、分布式儲能、家庭儲能、數(shù)據(jù)中心備用電源、通訊基站、土業(yè)節(jié)能、綠色建筑等能源領(lǐng)域也顯示了較好的應(yīng)用前景1不同負極材料的特點評述天然石墨有六方和菱形兩種層狀品體結(jié)構(gòu)同，具有儲量大、成本低、安全無毒等優(yōu)點。在銼離子電池中，天然石墨粉末的顆粒外表面反應(yīng)活性不均勻，品粒粒度較大，在充放電過程中表面品體結(jié)構(gòu)容易被破壞，存在表面SEI膜覆蓋不均勻，導(dǎo)致初始庫侖效率低、倍率性能不好等缺點。為了解決這些問題，可以采用顆粒球形化、表面氧化、表面氟化、表面包覆軟碳、硬碳材料以及

5、其它方式的表面修飾和微結(jié)構(gòu)調(diào)整等技術(shù)對天然石墨進行改性處理。從11成本和性能的綜合考慮，目前土業(yè)界石墨改性主要使用碳包覆土藝處理。商業(yè)化應(yīng)用的改性天然石墨比容量為340~370mA·h/g，首周庫侖效率90%~93%，100%DOD循環(huán)壽命可達到1000次以上，基本可以滿足消費類電子產(chǎn)品對小型電池的性能要求。2硅碳負極材料應(yīng)用前景近年來，我國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，全球市場份額不斷攀升，在大規(guī)模的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)投資的帶動下，鋰離子電池負極材料的需求不斷上升。硅負極相比石墨負極具有更高的質(zhì)量能量密度和體積能量密度，采用硅負極材料的銼離子電池的質(zhì)量能量密度可以提升8

6、%以上，體積能量密度可以提升10%以上，同時每千瓦時電池的成本可以下降至少3%，因此硅負極材料將具有非常廣闊的應(yīng)用前景。新能源汽車產(chǎn)業(yè)是全球汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，也是我國重要的新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，未來10年將迎來全球汽車產(chǎn)業(yè)向新能源汽車轉(zhuǎn)型和升級的戰(zhàn)略機遇。新能源汽車主要包括純電動汽車、插電式混合動力汽車及燃料電池汽車。其中，純電動汽車完全使用動力電池驅(qū)動，對電池容量需求最大，要求銼離子電池容量平均為30kW/h。自2010年起，動力類銼離子電池受益于技術(shù)提升和成本降低，逐漸替代鎳鍋,鎳氫電池，成為新能源汽車廣泛使用的動力電池。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，我國新能源汽

7、車產(chǎn)量由2011年的8000輛左右增至2015年的34萬輛，而銷量則由2011年的8000輛左右增至201511年的33萬輛，年均復(fù)合增長率均超過150%o在各種利好政策的影響下，112014年至今我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)迎來了爆發(fā)性的增長，將帶動上游銼離子電池及負極材料市場規(guī)模的大幅提升，而納米硅碳負極材料高能量密度的特點將頗具競爭優(yōu)勢。同時，航空航天、船舶艦艇等領(lǐng)域也對銼離子電池提出了更高能量密度和功率密度的要求，而納米硅碳材料也是現(xiàn)階段最具有開發(fā)潛力的銼離子電池負極材料，其應(yīng)用前景非常廣闊。3常見硅碳負極材料分類目前比較常見的硅碳負極材料主要有以下幾類:①碳包覆

8、納米硅;②氧化亞硅碳復(fù)合