劉名惠　婁紅濤　馮震乾

摘 要：天然石墨生產(chǎn)成本低但需進(jìn)行改性處理;人造石墨基本為焦炭材料石墨化后得到、部分需要改性;中間相碳微球性能更好但生產(chǎn)成本高。目前天然石墨和人造石墨的應(yīng)用最廣，而硅基材料因具備高容量的特點(diǎn)，被作為下一代負(fù)極材料的重點(diǎn)研究對

象。負(fù)極材料產(chǎn)銷市場高度集中，今后隨著鋰電池的擴(kuò)大需求，負(fù)極材料行業(yè)也會得到持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鋰離子電池;負(fù)極材料;石墨;碳微球;硅基材料

Abstract： Natural graphite production costs are low but need to be modified; artificial graphite is basically obtained after graphitization of coke materials， and some needs to be modified; mesophase carbon microspheres are more suitable for anode materials in terms of performance but high cost. At present， natural graphite and artificial graphite are the most widely used， and silicon-based materials have been the focus of research on next-generation anode materials because of their high capacity. The production and sales of anode materials are highly concentrated. In the future， with the expansion of lithium batteries， the anode materials industry will continue to develop.

Key words： lithium ion battery; anode material; graphite; carbon microspheres; silicon based material

鋰離子電池本身具備了高電壓、高能量、循環(huán)壽命長且不存在記憶效應(yīng)等優(yōu)勢，這些優(yōu)點(diǎn)使得鋰離子電池在各大領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，而負(fù)極材料作為鋰離子電池的核心材料之一，對電池的最終性能起著至關(guān)重要的作用，高性能負(fù)極材料的研究成為當(dāng)前鋰離子動(dòng)力電池最為活躍的板塊之一。本文對常用的負(fù)極材料進(jìn)行了闡述以及對未來發(fā)展進(jìn)行了展望。

一、常用鋰離子電池負(fù)極材料

（一）天然石墨

天然石墨是目前應(yīng)用最廣的負(fù)極材料，占比約55%。從整體結(jié)構(gòu)上來說其主要分為六方或者菱形這兩種層狀晶體結(jié)構(gòu)，在大自然當(dāng)中的儲量較大，且對于開采團(tuán)隊(duì)來說也不需要太大的成本，從性質(zhì)上來說也是安全無毒的。但是也不是完全沒有缺點(diǎn)，因?yàn)樘烊皇诔浞烹姷倪^程中能夠，其表面晶體結(jié)構(gòu)是非常容易受到破壞的，又因?yàn)楸砻鍿EI膜覆蓋不均勻，整體初始庫倫效率較低且倍率性能不好，究其本質(zhì)原因就在于天然石墨粉末的顆粒外表面反應(yīng)活性不均勻，且晶粒粒度較大而導(dǎo)致上述問題。所以，行業(yè)內(nèi)部根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為了解決這樣的缺陷，就針對顆粒球采取球形化、表面氧化以及表面氟化等方式來進(jìn)行表面修飾和微結(jié)構(gòu)調(diào)整以實(shí)現(xiàn)天然石墨的改性處理[1]。

（二）人造石墨

人造石墨的應(yīng)用僅次于天然石墨，占負(fù)極材料用量約35%。其基本上都是將焦炭材料進(jìn)行高溫石墨化而得到的，可以使用的焦炭材料主要有石油焦、針狀焦以及冶金焦等，其中也有一部分產(chǎn)品也是需要經(jīng)過表面改性才能投入使用的，人造石墨與天然石墨之間有許多相似之處，但是相對而言人造石墨的使用性能會更勝一籌，就目前的應(yīng)用水平來看，人造石墨比容量和首周庫倫效率能夠滿足100%DOD循環(huán)壽命1500次的需求[2]。

（三）中間相碳微球

中間相碳微球占負(fù)極材料用量約7.5%，用量位居第三。嚴(yán)格意義上來講，其實(shí)際屬于人造石墨，最早是科研人員在對煤焦化瀝青進(jìn)行研究的過程中新發(fā)現(xiàn)的一種光學(xué)各向異性的小球體，后來經(jīng)過石墨化且被用作鋰離子電池負(fù)極材料實(shí)現(xiàn)了真正的產(chǎn)業(yè)化。其主要優(yōu)點(diǎn)在于，因?yàn)橹虚g相碳微球的顆粒外表面都是石墨結(jié)構(gòu)中的邊緣面，所以相對于其他鋰離子電池負(fù)極材料來說是更容易形成SEI膜的，這樣就會更加有利于幫助Li的嵌入與脫除，所以中間相碳微球相較于其他材料具有更高的首周效率與倍率性能，但其本身的制作成本較高，且制備過程難以簡化且產(chǎn)率較低，與人造石墨相比并未有更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，就目前而言，其在消費(fèi)電子產(chǎn)品市場的銷售量已經(jīng)呈現(xiàn)逐年走低的狀態(tài)[3]。

二、市場情況

從全球的范圍來看，鋰離子電池負(fù)極材料是一種產(chǎn)業(yè)集中度非常高的產(chǎn)業(yè)，不僅呈現(xiàn)出區(qū)域分布集中的特點(diǎn)，企業(yè)也同樣會相對更為集中。首先，中國和日本就是全球的主要產(chǎn)銷國，兩國銷售總量占全球總銷量達(dá)到90%以上。其次從企業(yè)角度來看，日本以日立化成和松下為代表，國內(nèi)以貝特瑞和杉杉科技為龍頭，加上第二梯隊(duì)的公司，排名前十的公司的市占率總和超過80%。

從材料角度來進(jìn)行分析，天然石墨和人造石墨的使用量最大。由于消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)的市場增長速度逐步放緩，在一定程度上影響到天然石墨和人造石墨的市場需求，但是因?yàn)楦弑堵屎透呷萘慨a(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)性能表現(xiàn)，比較樂觀的是這一部分產(chǎn)品的比重將會得到一定的提升，而我國豐富的石墨礦產(chǎn)資源也是鋰離子電池負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)后盾，由此可見我國在天然石墨市場是具有相當(dāng)?shù)念I(lǐng)先優(yōu)勢的[4]。

總的來說，鋰離子電池負(fù)極材料的市場需求量依舊會保持持續(xù)增長，但是隨著市場需求的變化，其各類材料的市場占比也會相應(yīng)的發(fā)生一定的變化，例如作為主體的天然石墨和人造石墨將有可能會降低市占率，而那些高容量以及高功率的負(fù)極材料則會逐漸提升生產(chǎn)比重和銷售比重，市場重心也同樣會逐步向這一類材料偏移[5]。

從負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化和發(fā)展趨勢來看，我國作為該產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)大國，目前在原材料市場中占據(jù)約70%份額，而成品中則占有約50%份額，同時(shí)又因?yàn)殡娦緝r(jià)格的持續(xù)走低，其中除了硬碳在低溫方面的性能表現(xiàn)優(yōu)良而呈現(xiàn)出較好態(tài)勢之外，主流的石墨負(fù)極材料的利潤已經(jīng)出現(xiàn)了一定程度的降低，過去幾年負(fù)極材料一直保持價(jià)格逐步下降的態(tài)勢，其中人造石墨均價(jià)下跌接近百分之十四，而天然石墨均價(jià)下跌接近百分之十，其主要原因就是石墨材料在負(fù)極市場的主導(dǎo)地位已經(jīng)在降低，而國內(nèi)石墨負(fù)極市場則又體現(xiàn)出產(chǎn)能過剩的情況，供應(yīng)量要比市場需求更大，所以才會使得整體呈現(xiàn)價(jià)格下降的趨勢。此外，溯源到早期針對負(fù)極材料的研發(fā)基礎(chǔ)，一直到現(xiàn)在我國針對負(fù)極材料的研發(fā)還存在一定的經(jīng)驗(yàn)不足的情況，也僅僅在納米硅碳材料上是最早進(jìn)行研究的，所以從技術(shù)層面來看，也同樣有很多需要進(jìn)行改進(jìn)的部分[6]。

三、結(jié)束語

隨著現(xiàn)今電子類產(chǎn)品以及新能源汽車行業(yè)的高速發(fā)展，同時(shí)配合智能電網(wǎng)的廣泛推廣，相信鋰離子電池行業(yè)一定能夠在未來得到更大的發(fā)展，因?yàn)檫@樣的市場現(xiàn)狀背后藏著的是強(qiáng)大的需求。但與此同時(shí)需要更為注重的是如何在性能上實(shí)現(xiàn)更大的提升，以求得市場競爭力的增強(qiáng)，擴(kuò)大市場份額，從而為企業(yè)獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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