特斯拉作为一款风靡全球的纯电动汽车生产商,其对于动力电池和关键材料的开发及应用,也一直备受市场关注。在特斯拉Model 3上市的同步,也有媒体披露特斯拉采用了电池新材料,“特斯拉采用的
松下18650电池此次在传统石墨负极材料中加入了10%的硅,其能量密度至少在550mAh/g以上”。也就是特斯拉,已经开始使用硅碳负极!
硅碳负极是什么,值得我们重点研究一下!另外,先入为主的说明一下受益标的:重点推荐杉杉股份,其他关注国轩高科、中国宝安(贝特瑞)、中科电气(星城石墨)等。1.为什么要用硅碳负极
众所周知,不断的提高电池能量密度,是锂电产业技术研革所孜孜不倦的方向。在当前的锂电材料体系中,负极材料多为采用石墨材料(以人造石墨和天然石墨为主),在电池理论设计过程中,基本上已经非常充分发挥了其可实现的能量密度,所当前的石墨负极材料在提升电池能量密度方面已经遇到明显的瓶颈。
与石墨负极材料相比,硅基负极材料的能量密度优势明显。石墨的理论能量密度是372 mAh/g,而硅负极的理论能量密度超其10倍,高达4200mAh/g。所以硅碳负极的应用,可以提升电池中活性物质含量,所以能提升单体电芯的容量,这也是硅碳负极材料越来越多被锂电领域所关注的重要原因。
2.什么是硅碳负极
由于硅是
半导体结构材料,为了提供锂离子在硅电极材料中的扩散速度,就需要提高硅材料的导电性能,目前产业中所选择的就是成熟的碳材料。利用不同形态的碳材料来复合硅进行改性处理,使其构成均匀的导电网络结构,形成导电性好、附着性好、化学稳定性高的硅碳负极材料。
3.硅碳负极为什么还没实现产业化应用
硅碳负极材料是一种使用起来非常困难的材料。1)、在充放电过程中会引起硅体积膨胀100%~300%,而石墨材料只有10%左右,所以硅碳负极的膨胀收缩会导致负极材料的粉末化,从而严重影响电池使用寿命;2)、硅为半导体,导电性比石墨差很多,导致锂离子脱嵌过程中不可逆程度大,从而降低了其首次库伦效率,也就是说会过多电解液和Li+源,其直接效应也是使电池循环寿命变差。所以硅碳负极的开发和应用需要较高的技术壁垒。