中國粉體網(wǎng)訊 作為鋰離子電池關(guān)鍵材料之一，負(fù)極材料對鋰離子電池的最終性能起著至關(guān)重要的作用。隨著新能源汽車的發(fā)展，在動力鋰離子電池追求高能量密度和低成本的趨勢下，市場對負(fù)極材料性能提出了更高的要求。以硅基負(fù)極、金屬鋰負(fù)極、金屬氧化物負(fù)極等為代表的新型負(fù)極材料的研發(fā)正在如火如荼地進(jìn)行，同時這也反映了未來負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化的新趨勢。在第二屆先進(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇期間，我們邀請了業(yè)內(nèi)專家學(xué)者做客對話欄目，進(jìn)行訪談交流。本期為您分享的是中國粉體網(wǎng)對湖南大學(xué)劉洪波教授的專訪。
中國粉體網(wǎng)：目前石墨負(fù)極材料的開發(fā)已經(jīng)越來越接近它的理論比容量的極限，您認(rèn)為石墨負(fù)極材料在哪些方面還有提升的空間？對于人造石墨和天然石墨還有哪些有待突破的技術(shù)？
劉教授：石墨負(fù)極材料有一個理論的天花板，也就是372mAh/g，現(xiàn)在石墨負(fù)極材料的容量基本上已接近這個數(shù)值了，所以這方面還有沒有可能突破？現(xiàn)在純炭材料突破的可能性還是有的，比如說通過界面、通過造孔進(jìn)一步地增加一些儲能空間都是有可能實現(xiàn)的，但是要避免它的成本增加過多。另外石墨與一些非炭負(fù)極復(fù)合，比如說硅，或者是像氧化鐵這樣的一些負(fù)極來復(fù)合提升容量，技術(shù)進(jìn)步可能更快。我覺得從工程上來講，去花太多的功夫提高容量可能有時候會得不償失，因為現(xiàn)在的負(fù)極價格已成為一個很主要的制約因素。
對于天然石墨和人造石墨而言，它們的技術(shù)突破的領(lǐng)域不完全一樣。人造石墨現(xiàn)在的主流的方向是技術(shù)上走差異化的道路，因為容量大家很少再去更多地去突破它，但是我們可以快充、長循環(huán)，還有就是高倍率等。我在報告里面還提到均質(zhì)性的問題，怎么能夠做得更均質(zhì)？因為石墨化爐它各個部位的溫度是不一致的，這些溫度不同的材料混在一起，它必然會造成材質(zhì)的不均勻。
均質(zhì)性對于高循環(huán)應(yīng)用的負(fù)極材料更加重要，因為高循環(huán)未來可能會成為負(fù)極材料的主流的攻關(guān)方向。從手機(jī)等3C電子到電動車，循環(huán)性能翻了一倍，手機(jī)要求500次就可以，但是電動車要求1000次，儲能領(lǐng)域現(xiàn)在工信部已經(jīng)規(guī)定循環(huán)要大于5000次，而且這還是最低要求。所以我覺得循環(huán)是未來石墨負(fù)極材料要主攻的一個方向。其次就是要降低成本，儲能也必須要低成本，因為它的大規(guī)模的需求。
中國粉體網(wǎng)：整個負(fù)極材料市場處于產(chǎn)能結(jié)構(gòu)性過剩的狀態(tài)，您如何看待未來幾年石墨負(fù)極材料的市場前景？
劉教授：負(fù)極材料是新能源汽車和儲能用鋰離子電池的一種不可或缺的材料。未來，雖然有一些材料可能會取代石墨負(fù)極材料的一部分市場，比如說硅碳負(fù)極，但是硅碳負(fù)極到目前為止它的循環(huán)性能也沒有解決得很好，所以說如果要大規(guī)模地來取代，特別是在儲能里面目前來講還看不到前景，汽車?yán)锩婵赡軙〈稽c。
可以說，石墨負(fù)極材料應(yīng)該在未來相當(dāng)長的時間里面（我想這個時間不會低于10年）仍然還會占負(fù)極材料市場的主流，特別是性價比較高的人造石墨還會占主流；天然石墨由于它的循環(huán)性能要提高很難，會增加它的成本，如我們可以做一些結(jié)構(gòu)和表面的改性，但是如果把成本提得太高了，它的優(yōu)勢就喪失了。
對于人造石墨而言，因為降成本的方法很多，我在報告里面講到的石墨化過程的降成本，包括連續(xù)石墨化，包括現(xiàn)有石墨化爐的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與工藝過程優(yōu)化，降成本的空間還是很大的�，F(xiàn)在已經(jīng)有一些企業(yè)的人造石墨負(fù)極的價格低于天然石墨了。
中國粉體網(wǎng)：面對硅碳負(fù)極這類新型負(fù)極材料的挑戰(zhàn)，石墨負(fù)極它目前的競爭力體現(xiàn)在哪些方面？
劉教授：石墨負(fù)極的競爭力主要體現(xiàn)在綜合性能比較好，包括倍率、循環(huán)、安全性，這些方面都挺好。雖然硅的容量高，但是其它性能都很差，比如循環(huán)不好、倍率也不是很好，還有安全性的問題。所以說硅碳負(fù)極應(yīng)該會形成一定的市場，但不會取代得太多。
現(xiàn)在的市場主流是石墨與硅碳混合工藝，這取決于硅碳的循環(huán)性能是否能進(jìn)一步提高，如果循環(huán)性能不提高，可能混在里面只是短時間起提高容量的作用。比如說人造石墨可以做到5000次循環(huán)，而硅碳提高到1000次循環(huán)，但后面的4000次循環(huán)它的容量很快下來了，反而起了負(fù)作用。
我覺得未來在電動車領(lǐng)域，像人造石墨循環(huán)1000次、硅也1000次，這樣兩個就可以匹配了。因此說混合的方式必須要匹配。特別是我們做電池，它不像有些材料用一次就行了，而是要循環(huán)再來用的。循環(huán)用的過程當(dāng)中，如果說不匹配的話，到后面就不行。因為鋰電池的負(fù)極材料，它一衰減起來就很快，到了臨近壽命的那個階段以后，它衰減起來就是崩潰式的衰減，而不是那種漸進(jìn)式的慢慢的衰減。現(xiàn)在大家都比較關(guān)注硅碳負(fù)極，它還有一個降成本的問題，目前摻大約5~10%到石墨里面，成本增加并不高，但摻入量太大不僅成本上來了，而且與目前的正極材料還無法匹配。
我比較傾向于，今后硅碳要跟石墨“復(fù)合”起來，而不是混合，就是它復(fù)合在石墨顆粒的表面或者孔洞里面，然后再包覆，這樣每個顆粒都是一致的，均質(zhì)的，容量隨循環(huán)次數(shù)一起下降。顯然，這種“復(fù)合”對石墨負(fù)極產(chǎn)業(yè)不會產(chǎn)生顛覆性的沖擊。
中國粉體網(wǎng)：請介紹一下您在科研與產(chǎn)業(yè)的結(jié)合方面的進(jìn)展情況。
劉教授：近幾年我主要的工作是圍繞石墨負(fù)極材料降成本在做工作。主要是做催化石墨化和連續(xù)石墨化，前者通過添加催化劑來降低石墨化的溫度，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。我們現(xiàn)在做的結(jié)果大概是可以降500度左右，這是很不容易、也非常有意義的。哪怕是降200度、300度，石墨化的能耗都可以大幅度降下來。
后者與前者有較高的相互關(guān)聯(lián)性，石墨化過程中不光有電耗，還有很多的一些材料的消耗，包括石墨化裝備制造的難易程度。石墨化溫度降下來以后，石墨化爐特別是連續(xù)石墨化爐，就不要在那么高的溫度下長期運(yùn)行了，制造過程中對于裝備的苛刻程度也沒那么高了，就更容易實現(xiàn)連續(xù)化。
現(xiàn)在負(fù)極材料的生產(chǎn)過程中，石墨化是它主要的成本構(gòu)成，我們就必須要在這個地方想辦法來把成本給降下來。其實很多產(chǎn)業(yè)它做到一定的程度以后，它本身的技術(shù)已經(jīng)不是它的主要因素，就說石墨負(fù)極材料，想要再提高它的性能，有時候已經(jīng)到了一個瓶頸期，到了它性能的天花板了，你要想再提高可能會費(fèi)很大的勁去把它的性能稍微提高一點，有時候還不如另外走一條路，比如說用另外的材料來替代，像硅這種材料，如果能夠把循環(huán)還有其它性能都做上來，當(dāng)然很好。但是我們現(xiàn)在看它的發(fā)展，大規(guī)模取代石墨還不到時候，因為不僅性能亟待提高，而且生產(chǎn)成本更需要下降。
（中國粉體網(wǎng)采訪、編輯/平安，經(jīng)劉教授審閱）
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