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锂电池材料发展与应用：硅基负极材料

文章出处：洛阳西格玛智能电阻炉人气：0 发表时间：2024-01-29

锂电池的四大核心材料是正极材料、负极材料、隔膜和电解液。其中，常见的正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等。负极材料主要以碳材料为主，如石墨。隔膜用于隔离正负极，防止短路。电解液则提供离子传输的介质。

正极材料的生产主要使用硫酸镍、硫酸锰、硫酸钴、金属镍、电池级碳酸锂和电池级氢氧化锂等原材料，辅料包括烧碱、氨水和硫酸等。在正极材料领域，湖南裕能、德方纳米、龙蟠科技、融通高科、湖北万润、国轩高科、安达科技、升华科技、比亚迪、圣钒科技、重庆特瑞、北大先行、光华科技、厦门钨业、杉杉股份、容百科技、科恒股份、当升科技、长远锂科、振华新材、贝特瑞和华友钴业等公司是主要的生产商。

负极材料主要分为碳材料和非碳材料两类。市场上应用较广的是碳材料中的石墨类负极材料，包括人造石墨和天然石墨。人造石墨是通过石油焦、针状焦、沥青焦等原料经过粉碎、造粒、分级和高温石墨化加工等过程制成的。然而，石墨材料已接近理论极限。

硅基负极材料被认为是替代石墨负极的有希望材料之一，具有更高的能量密度和更快的充电速度。硅基负极材料的改性方向包括硅碳复合、硅氧复合和硅合金，其中硅碳复合和硅氧复合是行业发展的重要方向。硅碳负极的生产工艺与石墨负极类似，包括硅粉纳米化、碳材料复合、包覆、烧结和除磁等步骤。硅碳负极通常与高镍三元正极搭配使用，以提高能量密度。例如，特斯拉的4680电池采用了硅基负极，而不是市场上占据主导地位的石墨负极。

在硅基负极材料领域，国外公司如Amprius、Group 14、Sila Nano、Neo Battery、StoreDot、昭和电工和大洲等，国内公司如贝特瑞、杉杉股份、璞泰来、石大胜华、天目先导、硅宝科技、兰溪致德以及江门和创、格龙新材料科技、昱瓴新能源、碳佳科技、天目先导和碳一新能源等都在硅基负极材料的研发和生产方面有所布局。

高温固相合成是制备硅碳负极材料的一种常用方法，即在高温(1000～1500℃)下，通过固体界面之间的接触、反应、成核和晶体生长反应生成大量的复合氧化物的方法。为了防止惰性相硅/碳的生成，反应温度通常控制在1200℃。在反应过程中，升温速率、反应前驱物的选择和反应温度将直接影响材料的结构和性能。高温固相合成法的优点：工艺简单，工艺参数易于控制，重现性好。

硅基负极材料进行碳化,在高温氮气气氛环境下持续烧结，碳化温度一般为1000～1500℃（1200℃、1500℃）。

中试碳化炉有1200度负极材料碳化炉、1500度负极材料碳化炉。

固态电池用负极材料

对于固态电池的负极材料，处理温度一般在700～1000℃之间，烧结温度为900～1200℃，烧结时间为1～5小时，烧结气氛为惰性气体。

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