摘要

目前，包括寧德時(shí)代、比亞迪、國軒高科、萬向一二三等電池企業(yè)都在探索預(yù)鋰化技術(shù)。

在下一代高比能鋰離子電池開發(fā)中，硅碳負(fù)極和鋰金屬負(fù)極成為業(yè)內(nèi)商業(yè)化應(yīng)用研發(fā)的重點(diǎn)對象。

現(xiàn)階段商業(yè)化石墨負(fù)極材料已經(jīng)接近其理論比容量極限（372mAh/g），而硅理論比容量高達(dá)4200mAh/g，這意味著硅基材料商業(yè)化前景廣闊。

目前，特斯拉Model 3使用的2170電池已經(jīng)采用了硅碳的技術(shù)路線，在傳統(tǒng)的石墨負(fù)極材料中加入了10%的硅，使其比能量可達(dá)到300wh/kg。

因此目前主流電池企業(yè)和材料企業(yè)都將硅負(fù)極作為未來的主要研究課題。

然而，由于硅在充放電過程中會(huì)發(fā)生劇烈的體積收縮，體積的劇烈變化會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部機(jī)械機(jī)構(gòu)失效，從而使得硅負(fù)極的循環(huán)壽命難達(dá)預(yù)期，因此尚未在鋰電池中大規(guī)模應(yīng)用。

高工鋰電獲悉，硅基負(fù)極改性主要包括納米化、氧化亞硅及碳包覆等三種手段形成硅碳復(fù)合材料，以此減小體積效應(yīng)對硅顆粒及SEI膜破壞。

目前，業(yè)內(nèi)也有一些電池企業(yè)、材料企業(yè)和科研院所在進(jìn)行研究，改進(jìn)硅基材料的性能。

目前全球針對硅基負(fù)極材料的專利數(shù)量已經(jīng)逾萬，其中LG化學(xué)、三星、信越、村田、豐田、三菱、日立化成等日韓巨頭是主要的硅基負(fù)極材料技術(shù)專利申請單位。

在材料層面，包括貝特瑞、江西紫宸、中科星城、甚至斯諾、杉杉科技、正拓能源等企業(yè)都在積極推進(jìn)硅碳負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化。

在技術(shù)層面，為了減緩電池容量的衰減，補(bǔ)鋰技術(shù)成為了業(yè)內(nèi)有效緩減高容量碳材料、合金負(fù)極以及轉(zhuǎn)換材料的首次不可逆損失的有效手段。

目前，包括寧德時(shí)代、比亞迪、國軒高科、萬向一二三等電池企業(yè)都在探索預(yù)鋰化技術(shù)。

除了硅碳負(fù)極之外，鋰金屬負(fù)極也得到了業(yè)內(nèi)的極大關(guān)注。

與硅負(fù)極相比，鋰金屬負(fù)極的容量為3860 mAh/g，并且具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，是一種理想的負(fù)極材料。

但是金屬鋰負(fù)極在充放電過程中會(huì)產(chǎn)生鋰枝晶，鋰枝晶在生長過程中會(huì)不斷消耗電解液并導(dǎo)致金屬鋰的不可逆沉積，形成死鋰造成低庫倫效率。甚至還會(huì)刺穿隔膜導(dǎo)致電池內(nèi)部短接，造成電池的熱失控引發(fā)燃燒爆炸。

為了克服這一障礙并將下一代電池推向市場，業(yè)內(nèi)也在積極探索，主要通過材料改進(jìn)優(yōu)化提升材料性能。

日前，SKI宣布公司將與2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主、被稱為“鋰離子電池之父”的JohnB.Goodenough教授合作研發(fā)鋰金屬電池。雙方計(jì)劃開發(fā)一種新的凝膠聚合物電解質(zhì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將均勻地輸送鋰離子，同時(shí)過濾行駛中不需要的離子，并最終抑制樹突生長。

麻省固能（SES）建立了一整套的解決方式，包括鋰金屬負(fù)極材料、高濃度鋰鹽電解質(zhì)材料。同時(shí)，SES通過硬件（材料和電芯設(shè)計(jì)）和軟件（鋰金屬電池管理系統(tǒng)）的結(jié)合，極大程度降低了鋰枝晶導(dǎo)致的安全問題。

總體來看，業(yè)內(nèi)都在進(jìn)行硅碳負(fù)極和鋰金屬負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化研究，通過各種方式制備原材料，克服其目前存在的問題。

在此背景下，2020先進(jìn)電池材料集群產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇將于8月26-27日在深圳機(jī)場凱悅酒店舉行，此次會(huì)議由深圳先進(jìn)電池材料產(chǎn)業(yè)集群主辦，深圳市清新電源研究院、高工鋰電、高工氫電聯(lián)合承辦。

屆時(shí)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳） 慈立杰教授將做題為“高能量密度鋰離子電池硅碳和鋰金屬負(fù)極材料設(shè)計(jì)及制備研究”的演講，分享硅碳負(fù)極和鋰金屬負(fù)極的前沿信息。

慈立杰教授目前主要研究方向?yàn)殇囯x子電池、鋰空氣電池；全固態(tài)電池；硅碳負(fù)極、金屬鋰負(fù)極保護(hù)、新型固態(tài)電解質(zhì)材料、電化學(xué)催化劑材料的制備與應(yīng)用等。