從產業化技術角度分解鋰電池負極材料

鋰電池具有高電壓、高能量、循環壽命長、無記憶效應等眾多優勢，已經在消費電子、電動工具、醫療電子等范疇獲得了廣泛使用。在純電動車、混合動力汽車、電動自行車、軌道交通、航空航天、船舶艦艇等交通范疇逐步獲得推廣。同時，鋰電池在大規模可再生能源接入、電網調峰調頻、分布式儲能、家庭儲能、數據中心備用電源、通訊基站、工業節能、綠色建筑等能源范疇也顯示了較好的使用前景。

負極材料是決定鋰電池性能的關鍵因素之一，目前商業化鋰電池采用的負極材料主要包括：①石墨類碳材料，分為天然石墨、人造石墨； ②無序碳材料，包括硬碳和軟碳；③鈦酸鋰材料；④硅基材料，主要分為碳包覆氧化亞硅復合材料、納米硅碳復合材料、無定形硅合金。本文從技術發展的角度，對這幾種材料的優缺點，產業化進展情況及將來發展趨勢進行了總結和討論。

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晶體結構，具有儲量大、成本低、安全無毒等優勢。在鋰電池中，天然石墨粉末的顆粒外表面反應活性不平均，晶粒粒度較大，在充放電過程中表面晶體結構容易被破壞，存在表面SEI膜傾覆不平均，導致初始庫侖效率低、倍率性能不好等缺點。為知道決這些問題，可以采用顆粒球形化、表面氧化、表面氟化、表面包覆軟碳、硬碳材料以及其它方式的表面修飾和微結構調整等技術對天然石墨進行改性解決。從成本和性能的綜合考慮，目前工業界石墨改性主要使用碳包覆工藝解決。商業化使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循環壽命可達到1000 次以上，基本可以滿足消費類電子產品對小型電池性能的要求。

人造石墨由石油焦、針狀焦、瀝青焦、冶金焦等焦炭材料經高溫石墨化解決得到，部分產品也經過表面改性，其與天然石墨有許多相近的優勢。目前商業化使用的人造石墨比容量可達到310～370 mA·h/g，首周效率可以達到93%～96%，100% DOD循環壽命可達到1500次。由于人造石墨中石墨晶粒較小，石墨化程度稍低，結晶取向度偏小，所以在倍率性能以及體積膨脹、戒備電極反彈方面比天然石墨更好一些。

人造石墨中的一個緊要材料是中間相碳微球。MCMB的雛形是20世紀60年代研究人員在研究煤焦化瀝青中發現的一些光學各向異性的小球體。1973年，HONDA等從中間相瀝青制備出微米級球形碳材料，命名為中間相碳微球。20世紀90年代，石墨化的MCMB逐步使用于鋰電池的負極并成功實現產業化，當時大阪煤氣公司在這方面是領先的公司，開發了MCMB2800，逐步替代了Sony開發的第一代鋰電池中的針狀焦。由于MCMB的顆粒外表面均為石墨結構的邊緣面，反應活性平均，容易形成穩定的SEI膜，更利于Li的嵌入脫出。因此，MCMB 具有首周效率高以及倍率性能優異等優勢，但同時也存在制作成本高等問題。目前商業化使用的MCMB比容量達到280～340 mA·h/g，首周效率可達到94%，100% DOD循環壽命可達到1000次，也可以基本滿足消費電子產品的需要。然而，由于其制備過程難以簡化且產率較低，在循環方面相比人造石墨無分明優點，在目前消費電子市場的占比日漸式微。

比較改性天然石墨、人造石墨、MCMB，人造石墨的綜合性能最優，在高端電子產品市場上占比相對更高。改性天然石墨成本較低，在動力電 池、儲能電池、消費電子范疇也獲得了廣泛使用。

硬碳和軟碳是兩類緊要的碳負極材料。與石墨相比，硬碳和軟碳的結晶度低，片層結構不如石墨規整有序。

常見的硬碳材料有樹脂碳，有機聚合物熱解碳和蔗糖水熱成球的硬碳球等。硬碳材料中結構完全無序，存在微孔，重復的石墨片結構低于2～3層。由于不會發生石墨類材料易于發生的溶劑共嵌入和顯著的晶格膨脹收縮現象，硬碳材料 具有循環性能好的優勢。如果不限制嵌鋰電位，比容量超過了石墨類材料（400～600 mA·h/g）。硬碳材料同時也存在首周效率低、低電位儲鋰倍率性能差、全電池滿充電態易于析鋰、壓實密度低等問題。這些問題使得硬碳材料在能量型鋰電池中使用沒有分明優點。但是硬碳材料電壓曲線的斜坡段儲鋰的倍率性能較好，這段儲鋰的容量為200～300 mA·h/g，通過BMS控制，只使用斜坡段儲鋰，可以在高功率動力鋰電池中獲得使用，目前日本企業在混合動力汽車動力電池中使用了硬碳材料。

與硬碳相比，軟碳是指如果在高溫2500℃以上解決后會石墨化，但并未經過高溫解決的碳材料，一般由小的石墨納米晶粒組成，長程無序。常見的軟碳材料主要有石油焦、碳纖維、針狀焦等。軟碳材料具有對電解液適應性強，耐過充、過放能力強，循環較好，成本低等優勢，但其首周不可逆容量較大，充放電曲線上無電位平臺，在0～1.2 V內呈斜坡，造成對鋰均勻電位較高以至于鋰電池端電壓較低，壓實密度低，相對于石墨類負極材料電池的能量密度偏低。軟碳材料的容量一般為200～250 mA·h/g，近年來，軟碳材料進行改性解決后比容量可以達到400mA·h/g以上，循環性能可以提升到1500次以上。軟碳負極材料由于避免了石墨化，成本較低，在儲能電池、混合動力汽車等方面有一定的使用前景。

Li4Ti5O12是JONKER等于1956年提出的具有立方尖晶石結構的一種負極材料，其理論嵌鋰容量為175 mA·h/g，初次循環庫侖效率可達到98.8%，且Li在嵌入脫出前后材料的體積變化不到1%，是鋰電池中非常罕見的零應變材料，經過表面改性提高其室溫導電性后具有非常優異的循環性能和倍率性能，有報道循環壽命可達30000次以上，65 ℃高溫循環也可達8000次。其電化學 勢為1.5Vvs.Li+/Li，遠高于析鋰電位，在負極材料中的安全性最高，且一般不會生成固體電解質膜，因此電池循環壽命好，高低溫性能也較好。常規電池20 ℃一般只能放出40%的容量，而LTO在40℃時依然可以放出40%的容量，且大電流放電效果很好。但是LTO在使用時面臨著一些技術挑戰。如嵌鋰態Li7Ti5O12會與電解液發生化學反應導致脹氣，引起電池容量衰減、壽命縮短、安全性下降，這種情況在溫度較高時尤為分明。同時，LTO嵌鋰電位過高，容量降低，導致整個電池體系能量密度較低。另外LTO加工成本較高，涂布技術、涂布環境要求高，目前市場上電化學性能和材料批次穩定性都兼顧的比較好的碳包覆納米LTO價格約莫在13～15萬元/噸。這些因素使得LTO使用存在較高的技術門檻，主要市場為適合高功率鋰電池使用的范疇。

硅負極材料因其較高的理論容量、環境友好、儲量豐富等特點而很早就被考慮作為下一代高能量密度鋰電池的負極材料。多種設計的硅負極材料獲得了廣泛研究，如前所述，目前技術成熟度較高的硅基負極材料主要包括碳包覆氧化亞硅、納米硅碳復合材料和無定形硅合金等。

硅負極材料商業化使用主要需要處理兩個問題。硅負極材料在儲鋰過程中可逆容量與體積膨脹成正比，如硅負極容量如果達到3590mA·h/g時，顆粒或晶粒膨脹最高可達320%，體積變化與嵌鋰容量成線性關系。因此獲得高容量的同時就必然面臨較大的體積變化。較大的體積變化首先從器件設計上往往不能接受，特別是軟包類電芯。評價電池體積能量密度時以膨脹后的體積計算，這樣采用硅負極的鋰電池在硅負極容量較低時，體積比容量未必會高于采用高壓實的石墨負極材料。其次，體積變化較大容易導致電化學性能衰減，活性物質容易從導電網絡中脫落，并導致Si顆粒萌生裂紋粉化，從而嚴重影響硅基材料的循環性能。因此，充放電過程中硅負極材料的體積變化較大是第一個要研究清楚和處理的問題。另一個妨礙Si基負極材料商業化使用的原由是固體電解膜。由于Si基負極材料放電電壓低，且在循環過程中伴隨著巨大的體積變化而導致裂紋，清新的Si表面會暴露在電解液中繼續萌生SEI膜。基礎研究聲明，裸漏在電解液中的硅負極其表面SEI膜厚度可以長至5μm。SEI膜的繼續生長將消耗電池正極材料中有限的鋰源、電解液，導致電池容量不斷衰減，內阻不斷增加，體積也會相應膨脹。如果納米硅碳負極材料中存在硅裸漏的問題，將導致全電池循環性差、電池鼓脹等問題。

在三類硅負極材料中，充放電之前，氧化亞硅類材料中Si以5nm以下的納米晶粒或團簇分散于SiO2的連續介質中，納米硅碳類材料硅以30～500 nm的晶粒尺寸共存于碳的介質中或碳顆粒的表面，無定形硅合金中硅以原子、團簇或幾個納米尺度分散于惰性金屬合金介質中。在低電流密度下，硅嵌鋰的容量主要受電位的影響，在不限制嵌鋰電位的情況下，可逆容量基本都能達到3000～3590 mA·h/g，因此局部結構膨脹的比例都達到了300%，但充放電過程帶來的體積膨脹收縮對周圍介質造成的應力，應當與硅顆粒的尺寸有關。從微結構特點考慮，氧化亞硅、無定形硅合金理論上在保持結構穩定性方面相對于納米硅碳應當有優點。但是在實際充放電過程中，硅納米團簇及納米晶粒都有發生電化學團聚的趨勢。此外，循環性還與SEI膜的穩定性有密切關系。由于無定形硅合金不易進行表面碳包覆解決，形成穩定的SEI膜較為困難。三種負極材料中，氧化亞硅循環性較好，納米硅碳及無定形硅合金其次。微結構演變、SEI膜生長與循環性的關系還需要更為深入的基礎研究，三種硅基負極材料均需進一步的優化開發。

如果硅的晶粒較大，在初次嵌鋰時，體積膨脹還有各項異性的特點。從穩定微結構的角度考慮，基于氧化亞硅負極材料循環性較好的現象，硅的晶粒越小、結晶度越低則對抑制顆粒出現裂紋越有利。因此，對于納米硅碳負極材料而言，要怎么樣將納米硅材料做得更小，結晶度更低，同時兼顧控制加工成本將是關鍵。在此基礎上，需要不斷改進制備工藝，通過包覆、摻雜、設計微結構等辦法改善納米硅碳負極材料的電化學性能。

2 負極材料國內外市場狀況

依據ITRI/IEKAnalysis最新數據，2014年全球鋰電池負極材料出貨量接近63000t，2015年全球負極材料出貨量達到80000t。

鋰電池負極材料產業聚集度極高，表今朝 區域聚集和企業聚集。區域看，中國和日本是全球主要產銷國，總量占全球負極材料產銷量95%以上；企業上看，日本的日立化成和中國的貝特瑞為兩國龍頭企業，兩家企業全球市場占有率接近50%，再加上杉杉科技、紫宸科技等第二梯隊的公司，前十家公司市場占有率達到80%。

從負極材料的銷量對比來看，天然石墨和人造石墨一直是使用量最大的負極材料，2014年出貨量均超過3萬噸，分別占整個負極材料市場的48%和49%，幾乎占據了整個負極材料市場。且預計2015年天然石墨出貨量可達38000t，人造石墨可沖破40000t，二者將占據整個負極材料市場的98%。隨著消費類電子產品市場增長速度放緩，天然石墨和人造石墨的市場規模增長速度將會逐步放慢，但是其中高倍率和高容量產品的比重將會逐步提升。我國具備的豐富石墨礦產資源使得我國企業 占據低成本優點，在天然石墨市場呈領先態勢。

天然石墨改性的技術已經比較成熟，相對而言，以焦炭為基礎的人造石墨近些年技術進展較快，首周效率和循環性能均為目前石墨基負極最高水平，可以預見其相比于天然石墨具有更廣闊的發展前景。而人造石墨中另一佼佼者MCMB近幾年在消費電子市場上使用較少，但其在動力電池使用中也有巨大的潛力。

硬碳和軟碳的主要使用范疇是高功率動力鋰離子電池、儲能電池及混合動力汽車等。2014年出貨量超過1000t，約占整個負極材料市場份額的2%左右， 預計2015 年全年出貨量可達1600t。尤其是隨著新能源汽車產業的快速發展，其年出貨量近幾年來一直呈現出穩定增長的趨勢，且增幅相對較高。

LTO由于其優異的循環、倍率和安全性能，主要可以使用于動力電池、儲能電池等對能量密度不敏感，對壽命、充放電速率、安全性有較高要求的范疇。由于其存在加工成本較高、電池工藝復雜、能量密度較低等問題，目前加工規模還不大，但也呈現了逐漸增長的趨勢。

高能量密度鋰電池是將來的主要發展方向，硅基材料由于其高容量的優點，是下一代鋰電池負極材料的首選。將在消費電子、動力汽車、純電動車等范疇極具競爭潛力。但由于其存在較為嚴重的體積形變及不穩定的SEI膜，循環性尚未達到其它負極材料的水平，目前主要通過與石墨負極材料復合使用，一般復合后的可逆容量為370～420 mA·h/g，目前已經開始進入市場化。主要產品包括氧化亞硅和納米硅碳。

LTO、硅基材料等非碳材料目前年出貨量約為500t，在整個負極材料市場份額中所占的比例不到1%。隨著制作工藝及改性解決工藝的不斷發展，這些具有更大潛力的非碳負極材料將會逐步得到更為廣泛的使用。

總體看來，在將來幾年內，整個鋰電池負極材料的市場需求量將持續保持繼續增長的趨勢。 而從負極材料的種類上來看，整個負極材料市場將依然以天然石墨和人造石墨為主體。隨著整個市場對高容量、高功率負極材料需求的逐步提升以及新一代負極材料制備工藝的逐漸成熟，市場重心也會逐步向新一代負極材料偏移。

3 負極材料產業化現狀和發展趨勢

從市場上來說，我國是鋰電池負極材料的加工大國，目前市場上石墨負極材料的原材料中我國占70%以上，成品中我國占50%以上。然而，近年來電芯價格繼續走低，除硬碳因其在低溫方面表現暫時無可替代而繼續走俏外，主流的石墨負極材料的利潤也越來越低。據高工產業研究院調查，2014 年中國負極材料出貨5.16萬噸，同比2013年增長31.9%，國內負極材料產值為28.7億元，同比2013年增長17.1%。而負極材料仍保持價格下降態勢，人造石墨均價下跌13.8%，天然石墨均價下跌9.2%。價格下跌的主要原由是石墨材料占負極市場的主導地位，然而國內石墨負極市場產能過剩，供大于求。 但是在2014—2015年，由于電動車、無人機等的快速發展又促使動力電池的出貨量加大，產能過剩的問題暫時緩解。

3.1 石墨類碳材料

石墨類碳材料由于具有成本低、能量密度高等優點一直占據著整個鋰離子負極材料市場的主導地位。從市場份額上看，天然石墨（48%）與人造石 墨（49%）占據了鋰電池負極材料全球市場的97%。而從資源儲量上看，我國是世界上石墨儲量最豐富的國家，晶質石墨儲量3068萬噸，占世界總儲量70%以上。在較長的一段時間內，石墨類碳材料仍將是鋰離子負極材料市場的主體。

目前，石墨類負極材料產量最大的企業是日本日立化成有限公司與我國貝特瑞新能源材料股份有限公司，這兩家公司的產品分別以人造石墨與天然石墨為主。較大的企業還有日本三菱化學、日本炭素、上海杉杉科技有限公司、日本 JFE、江西紫宸科技有限公司等。

屬于典型人造石墨的MCMB在1993年大阪煤氣公司成功實現產業化之后獲得了較快的發展。并迅速替代早期使用的針狀焦。在中國，1997年鞍山熱能院首先實現了18t的中試加工，2000年12月由杉杉科技投產。2005年，天津鐵城采用天津大學王成揚教授的技術也開發成功。這兩家企業的量產，最終顯著降低了MCMB的成本。

在改性天然石墨方面，2000年成立的深圳貝特瑞公司，在岳敏帶領的研發團隊的攻關下，率先研制出化學法制備99.999%以上低成本光譜純石墨和99.9%天然鱗片高純石墨技術，將天然石墨開發出球形石墨并成功實現產業化。球形石墨的成功開發為后續改性天然石墨奠定了關鍵基礎。該團隊又分別在2004、2006、2010年先后推出高容量天然石墨復合負極材料818、168、BSG-L等，目前在天然石墨負極材料方面世界銷量第一。

值得一提的是，人造石墨廣泛使用于消費電子和動力鋰電池負極材料 FSN-1。這一產品由杉杉科技馮蘇寧等在2005年開發并使用和推廣。2012年江西紫宸科技公司成立后，其研發團隊又先后推出了8C、G1、G9、GT、GX等系列產品，實現了在高端人造石墨產品上繼FSN-1后的又一次沖破，首次在能量密度、循環壽命、安全可靠性、膨脹率控制方面實現了國際領先。目前，這些產品均已廣泛使用于國際品牌和國內主流手機，并且在電動車和儲能電池上獲得初步使用。

石墨類負極材料主要使用范疇為便攜式電子產品，改性天然石墨也已經在動力電池與儲能電池中使用。但是，當前制作工藝的不斷完善已經使石墨類負極材料非常接近其理論容量372mA·h/g，且壓實密度也已經達到了極限，而電動車范疇的不斷發展對下一代鋰電池的能量密度、功率密度、壽命等提出了更高的要求。針對這一不斷增長的需求，在碳材料方面，目前學術界以及各大負極材料廠商對納米孔、微米孔石墨和多面體石墨持續進行更深層次的研究，以期待通過提升石墨類負極材料的性能來滿足鋰電池高容量、高功率等更高層次的需求。

3.2 硬碳和軟碳材料

1991年，Sony公司首次用聚糠醇熱解得到的硬碳作為負極材料使用，這標志著硬碳材料小批量產業化的開始。而從目前實際使用來看，硬碳由于存在低電位儲鋰時倍率性能差以及鋰析出問題，而在斜坡段倍率性能較好，被普遍認為更適用于高功率動力電池和混合動力汽車，尤其適用于在低溫條件下服役。本田采用硬碳材料作為混合動力汽車的負極材料，輸出功率密度可達4000W/kg，相當于鎳氫電池的3倍多。日本吳羽化工和可樂麗合資成立公司Bio Carbotoron， 在2013年年產硬碳材料可達到1000t。

硬碳負極材料的發展趨勢主要還是通過不斷改進材料的制備工藝，使之更適用于高功率動力電池和混合動力汽車。針對硬碳負極材料首周效率過低、不可逆容量較大等問題，學術界和各大企業均嘗試通過包覆和摻雜等辦法改善硬碳的電化學性能。如Sony公司通過在聚糠醇樹脂中摻入磷化物的辦法來提高材料的可逆容量等。目前能夠提供硬碳材料的中國企業主要是上海杉杉。

軟碳則是最早被商業化使用于鋰電池負極的材料。早在1991年Sony公司推出的第一代鋰電池負極材料就是石油焦。由于避免了石墨化解決，軟碳材料的成本比較低，所以發展趨勢主要是針對其首周不可逆容量較大、電池端電壓較低、容量較低等問題，采用摻雜、修飾等改性解決提升其電化學性能，以使其可以更好地使用于儲能電池和混合動力汽車等范疇。貝特瑞在國家科技部項目的支持下，已成功開發400 mA·h/g的軟碳材料，并具備量產能力。

3.3 LTO

目前，LTO產量較大的企業為日本富士鈦工業公司、美國阿爾泰納米技術公司、深圳貝特瑞新能源材料股份有限公司、珠海銀通新能源有限公司以及四川興能新材料有限公司。

其主要的合成辦法有固相反應法以及溶膠-凝膠法。其中，溶膠-凝膠法所得到的負極材料粒徑相對較小，但這一制備工藝本身較為復雜。 此外，合成制備LTO的辦法還包括微波化學法、水熱反應法、熔融浸漬法等。

LTO存在低溫時電子電導率較低、大倍率時容量衰減嚴重等問題。針對這些問題，有許多辦法如離子摻雜、金屬納米顆粒包覆、碳包覆、減小顆粒尺寸等均被用來改善LTO的倍率性能。

另一個妨礙LTO大規模加工使用的問題是其嵌鋰態會與電解液發生化學反應導致脹氣。為處理這一問題，先后也有多種辦法被提出，如嚴格控制材料中水的含量、控制LTO中雜質的含量以及通過摻雜、表面修飾來降低材料表面反應活性、采用高溫化成工藝等。

LTO由于其優異的循環性能、倍率性能以及安全性能，在動力電池和儲能電池方面有著很大的優點，預計將來幾年的發展趨勢還是傾向于通過各種改性解決使其更好地使用于動力電池及儲能電池范疇。

3.4 Si基材料

目前，Si基材料的兩個主要發展方向是氧化亞硅和硅碳復合材料。這兩類材料相對技術成熟度較高，其中，SiO的主要制作工藝是通過在高溫下氣相沉積 Si和SiO2，使Si的納米顆粒平均分布在SiO2的介質中，從而得到既能發揮Si 的高容量又能有效抑制Si在充放電過程中因為體積形變而易于粉化的負極材料。

硅碳復合材料的主要制作工藝是以納米硅和碳材料為原料，通過整形與燒結，得到既能保留住硅材料高容量特點，又能在一定程度上緩和硅顆粒膨脹所帶來的不良影響的復合材料。

目前，全球范圍內，日本信越化學公司（Shinetsu Co.）加工的SiO已經可以在工業加工中小批量使用。貝特瑞公司已經開始提供產品。納米硅碳負極材料也開始由貝特瑞、杉杉、紫宸提供小批量試制。

針對SiO首周效率不高的問題，目前已經在開發在充放電過程中預先補鋰的技術，較為成熟的技術包括金屬鋰粉和金屬鋰箔預鋰化。為知道決納米硅碳復合材料主要存在的循環、倍率性能不夠好、體積能量密度不夠高等問題，已經提出了減小納米硅的顆粒尺寸，包覆固態電解質充當人工SEI膜以及尋找更新的、更適宜的電解液、導電添加劑和黏結劑等辦法。

由于硅基負極材料具有不可替代的高容量優點，目前已經成為各大企業和科研院校研究的熱點。預計將來幾年，隨著制備工藝和材料設計的不斷改進以及匹配黏結劑、導電添加劑、集流體、電解質、功能添加劑、正極材料的優化，硅基負極材料將會陸續地批量進入市場。

目前，在硅負極范疇，日本和美國仍是擁有專利數量較多、技術范疇分布較廣的國家。相比之下，我國雖然屬于后發國家，專利數量相對較少，但是由于我國中國科學院物理研究所在世界范圍內最早研究納米硅，且在納米硅、硅碳負極材料、硅復合負極材料、氧化亞硅負極材料、硅合金材料、黏結劑、預鋰化以及相關電池使用方面擁有核心材料的組成、結構的早期授權專利，具有一定的競爭優點。隨著多家研發機構和企業的長期研發，相信氧化亞硅和納米硅碳負極材料很快將在中國實現規模量產。

3.5 負極材料在中國的早期研發歷程

前文提到了各類負極材料的產業化現狀，特點和基本發展趨勢。負極材料在中國的最早研發可以通過最早發表的SCI文章與申請專利來體現。與國際上同類材料的最早研究時間相比，我國僅在納米硅碳材料方面在國際上屬于最早研究。

4 結 語

隨著消費電子類產品的更新換代、新能源汽車產業的蓬勃發展、智能電網的迅速推廣以及其它技術范疇對高性能電池的旺盛需求，鋰電池產業必將在將來10～20年繼續高速發展。這為我國鋰電池負極材料產業的發展提供了很大的機遇，但同時也提出了更高的要求。

目前，人造石墨與改性天然石墨負極材料還可以持續在新興范疇獲得使用，但性能提升的幅度不大，技術成熟度很高，加工企業較多，利潤率較低。改性天然石墨負極材料的大量使用需要大量開采石墨礦，天然石墨礦的無序開采以及人造石墨的石墨化除雜質過程均有可能對環境造成污染和破壞。在將來較長的時間，石墨類負極材料的加工仍舊會繼續增長，因此從環境保護的角度考慮，應當盡快發展開采和制造過程環境友好的其它負極材料。

在電化學性能方面，其它負極材料都還存在著不同程度的不足。硬碳材料首周效率低，成本較高；軟碳材料首周不可逆容量大，體積能量密度低；高容量的硅基負極材料首周效率、循環性能、倍率性能都還有待提高，體積膨脹問題也需要處理。雖然已經通過各種改性解決辦法不斷完善這些負極材料的制備工藝，并逐漸開發了適合這些材料的電池，但是這些新材料的產業化程度和技術成熟度與石墨類碳材料相比還有一定距離，針對材料在各類電池中使用時的電化學反應、儲鋰機制、熱力學、動力學、穩定性、界面反應等基礎科學問題的深入研究， 綜合性能指標改進、材料匹配性、服役與失效機制等關鍵技術攻關、尋找創新的綜合技術處理方案是下一階段的主要任務。

雖然新負極材料的開發存在著許多困難和挑戰，但針對各類使用和新的技術要求，盡快研發成功針對下一代高能量密度鋰電池、高功率密度 鋰電池、長壽命儲能鋰電池使用的負極材料已經是勢在必行，既是企業提升核心競爭力、張大市場份額的唯一選擇，也是研究人員體現創新研究價值的真正舞臺。

聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除