锂电池负极的当下与未来,华明胜全局在握
2023-11-17

随着新能源车、风光电储能等支柱型产业飞速发展,锂电池需求量持续攀升,带动锂电池负极等上游市场需求量一路高歌猛进。2022年,中国锂电负极材料年出货量达168万吨,同比增长88.8%,预计2025年规模将达到640万吨,市场潜力巨大。 负极材料约占锂电池成本的10%-15%,起到可逆脱/嵌锂离子并储存能量的作用,对于锂电池的能量密度、循环性能、充放电倍率以及高低温性能有着决定性影响。



锂离子电池负极材料繁杂,种类虽多,目前可堪大任者却寥寥。其中,市场化应用程度最高当属石墨类负极材料,硅碳负极则是未来最有可能大规模应用的新型负极材料之一。


石墨负极:任重道远,龙争虎斗


石墨结构适合锂离子嵌入和嵌脱,能够形成锂-石墨层间化合物,具有成本低、储量丰富、嵌锂电压低和嵌脱过程中体积变化小等优点,是目前公认理想的锂离子电池负极材料。 石墨负极又分为人造石墨负极和天然石墨负极,两者相加占据了锂电池负极材料99%的市场份额,稳固了石墨负极的江湖地位。在性能指标上,人造石墨和天然石墨各具优势。天然石墨加工性能好、比容量和压实密度高,但由于采用的鳞片石墨的结晶度较高,片层结构单元化大,具有明显的各向异性,且天然石墨颗粒大小不一致,表面缺陷较多,从而导致其循环、倍率和膨胀性能逊色于人造石墨。



当前,人造石墨负极以超80%的份额占据市场主流,但这并不意味着天然石墨负极没有机会赶上甚至反超。 其一,石墨化是人造石墨负极工艺不可或缺的核心工序,也是烧钱的一道工序,占到了总成本的50%以上。石油焦、沥青焦等原材料需要在3000摄氏度的高温下进行煅烧,高耗能、高污染排放难以避免。在当前国家和各地大力推动双碳目标、相继出台各类双控政策的大背景下,人造石墨负极制备工艺与之相悖,产能落地严重受阻。 其二,改性工艺弥补天然石墨负极短板。华明胜改性天然石墨负极工艺是其中的突出代表,通过对天然石墨进行表面修饰、改性、插层剪切、超声离心等深加工,具备了高倍率、大容量、长循环、低膨胀的优势,打造出各方面性能均衡的“多边形战士”。此外,“绿色”也是华明胜改性天然石墨负极工艺的重要标签,所有工序都是纯物理处理,无污染排放,不受产地和政策约束。


华明胜改性天然石墨负极材料SEM图(型号:SGP-26)


正是凭借着这套优秀的工艺,华明胜看好并且押注改性天然石墨负极的发展。事实证明选择没有错,四川德阳、内蒙古阿拉善、陕西西安和深圳总部的产能逐步落地,预计2024年落实产能10万吨,还有许多地方项目正在接洽。华明胜改性天然石墨负极材料的成功正带动天然石墨负极出货量一路狂奔。


华明胜并没有就此止步,因为人们追求提升电池容量的脚步从未停止,石墨材料改性也终归会触及性能天花板,负极材料的更迭势在必行。


硅碳负极:潜龙在渊,未来可期


硅基材料与特斯拉2020年推出的4680大圆柱电池适配度高,后者备受动力电池市场关注持续放量,因此硅基材料被认为是下一代负极材料的主流方向。



硅基负极在理论比容量方面可谓超群绝伦,达到了惊人的4200mAh/g,超过石墨材料10倍以上。此外,硅基负极材料还具备低脱嵌锂电位、环境友好、储量丰富等优点。


受限于单质硅膨胀系数大的缺陷,硅颗粒在锂离子脱嵌过程中易破碎,从而从电极片上脱落,引起容量迅速衰减,循环寿命差。且硅的导电性能相比石墨较差,倍率性能不佳,因此硅并不能单独用作负极材料,需要改性处理。


目前主流技术路线分为硅碳负极和硅氧负极,硅碳指的是纳米硅和石墨材料混合,针对硅基负极高膨胀、低导电等缺陷予以改良。 华明胜提前数年启动对碳基材料负极的立项,并于2022年成功研发出性能优异的硅碳负极材料。该款材料充放电比容量分别达到628.85mAh/g、657.70mAh/g,首效为95.61%,将于2024年启动量产。



华明胜硅碳负极材料SEM图


从新能源汽车的长远发展来看,在动力锂电池追求高能量密度和低成本的趋势下,硅碳负极优势明显。相信随着硅碳负极制备工艺的不断完善和产业规模化的逐步成熟,硅碳负极材料将迎来更为广阔的市场。 深耕当下,远瞩未来,华明胜全局在握,迅速崛起为负极材料市场的头部玩家。