数码终端产品的大屏幕化、功用多样化后，对电池的续航提出了新的要求。当时锂电资料克容量较低，不能满意终端对电池日益增加的需求。硅碳复合资料作为未来负极资料的一种，其理论克容量约为4200mAh/g，比石墨类负极的372mAh/g高出了10倍有余，其工业化后，将大大进步电池的容量。
最具潜力的几种锂电池资料
1、硅碳复合负极资料
数码终端产品的大屏幕化、功用多样化后，对电池的续航提出了新的要求。当时锂电资料克容量较低，不能满意终端对电池日益增加的需求。
硅碳复合资料作为未来负极资料的一种，其理论克容量约为4200mAh/g，比石墨类负极的372mAh/g高出了10倍有余，其工业化后，将大大进步电池的容量。现在各大资料厂商纷繁在研制硅碳复合资料，如BTR、革鑫纳米、杉杉、华为、三星等。现在硅碳复合资料存在的首要问题有：
1、充放电时，体积胀大，吸液能力强; 2、循环寿数差。现在正在经过硅粉纳米化，硅碳包覆、掺杂等手法处理以上问题，且部分企业现已取得了必定发展。
2、钛酸锂
近年来，国内对钛酸锂的研制热心较高，钛酸锂的优势首要有：1、循环寿数长（可达10000次以上），归于零应变资料（体积改变小于1%），不生成传统含义的SEI膜; 2、安全性高。其插锂电位高，不生成枝晶，且在充放电时，热安稳性极高;3、可快速充电。
现在束缚钛酸锂运用的首要因素是价格太高，高于传统石墨，别的钛酸锂的克容量很低，为170mAh/g左右。只要经过改善生产工艺，下降制造本钱后，钛酸锂的长循环寿数、快充等优势才干发挥效果。结合商场及技能，钛酸锂比较合适用于对空间没有要求的大巴和储能范畴。
3、石墨烯
石墨烯自2010年取得诺奖以来，广受全球重视，特别在我国。国内掀起了一股石墨烯研制热潮，其具许多优秀功能，如透光性好，导电功能优异、导热性较高，机械强度高。石墨烯在锂离子电池中的潜在运用有：1、作负极资料。石墨烯的克容量较高，可逆容量约700mAh/g，高于石墨类负极的容量。别的，石墨烯杰出的导热功能保证其在电池系统中的安稳性，且石墨烯片层距离大于石墨，使锂离子在石墨烯片层间分散晓畅，有利于进步电池功率功能。由于石墨烯的生产工艺不老练，结构欠安稳，导致石墨烯作为负极资料仍存在必定问题，如初次放电功率较低，约65%;循环功能较差;价格较高，显着高于传统石墨负极。2、作为正负极添加剂，可进步锂电池的安稳性、延伸循环寿数、添加内部导电功能。
鉴于石墨烯当时的批量生产工艺不老练、价格昂扬、功能不安稳，石墨烯将首先作为正负极添加剂在锂离子电池中运用。
4、富锂锰基正极资料
高容量是锂电池的发展方向之一，但当时的正极资猜中磷酸铁锂的能量密度为580Wh/kg，镍钴锰酸锂的能量密度为750Wh/kg，都偏低。富锂锰基的理论能量密度可到达900Wh/kg，成为研制热门。
富锂锰基作为正极资料的优势有：1、能量密度高; 2、首要原资料丰厚。由于开发时刻较短，现在富锂锰基存在一系列问题：1、初次放电功率很低; 2、资料在循环进程析氧，带来安全隐患;3、循环寿数很差;4、倍率功能偏低。
现在处理这些问题的手法有包覆、酸处理、掺杂、预循环、热处理等。富锂锰基尽管克容量优势显着，潜力巨大，但限于技能发展较慢，其大批量上市还需时刻。
5、动力型镍钴锰酸锂资料
一直以来，动力电池的道路存在很大争议，因而磷酸铁锂、锰酸锂、三元资料等道路都有被选用。国内动力电池道路以磷酸铁锂为主，但跟着特斯拉火爆全球，其运用的三元资料道路引起了一股热潮。
磷酸铁锂尽管安全性高，但其能量密度偏低软肋无法战胜，而新能源轿车要求更长的续航路程，因而长时刻来看，克容量更高的资料将替代磷酸铁锂成为下一代干流技能道路。
镍钴锰酸锂三元资料最有或许成为国内下一代动力电池干流资料。国内连续推出三元道路的电动车，如北汽E150EV、江淮IEV4、奇瑞EQ、湛蓝等，单位分量密度较磷酸铁锂电池有很大进步。
6、碳纳米管
碳纳米管不归于新东西，其之前作为储氢资料被广泛研讨，但其用在锂电池内的时刻却较晚。2009年就有碳纳米管出售，由于价格太高，简直无人问津。现在跟着工艺改善，本钱下降，及锂电内部系统的更高要求，碳纳米管逐步被电芯企业认可。
现在锂电池的容量和功率越来越高，碳纳米管的优异功能派上用场。碳纳米管作为锂电池导电剂的优势有：1、导电功能优异，其电阻率为2-6*10-4Ω.cm;2、优异的热传导性，碳纳米管室温下的热传导性可到达6000w/m/k，能有用传递电池充放电时集聚的热量，特别是高倍率景象下，跟着高容量和高倍率电芯的鼓起，碳纳米管将取得广泛的运用。
7、涂覆隔阂
隔阂对锂电池的安全性至关重要，这要求隔阂具有杰出的电化学和热安稳性，以及重复充放电进程中对电解液坚持高度浸润性。
涂覆隔阂是指在基膜上涂布PVDF等胶黏剂或陶瓷氧化铝。涂覆隔阂的效果是：1、进步隔阂耐热缩短性，防止隔阂缩短构成大面积短路;2、涂覆资料热传导率低，防止电池中的某些热失控点扩展构成整体热失控。
8、陶瓷氧化铝
在涂覆隔阂中，陶瓷涂覆隔阂首要针对动力电池系统，因而其商场成长空间较涂胶隔阂更大，其间心资料陶瓷氧化铝的商场需求将跟着三元动力电池的鼓起而大幅进步。
用于涂覆隔阂的陶瓷氧化铝的纯度、粒径、描摹都有很高要求，日本、韩国的产品较老练，但价格比国产的贵一倍以上。国内现在也有多家企业在研制陶瓷氧化铝，期望削减进口依靠。
9、高电压电解液
进步电池能量密度乃锂电池的趋势之一，现在进步能量密度办法首要有两种：一种是进步传统正极资料的充电截止电压，如将钴酸锂的充电电压进步至4.35V、4.4V。但靠进步充电截止电压的办法是有限的，进一步进步电压会导致钴酸锂结构崩塌，性质不安稳;另一种办法则是开发充放电渠道更高的新式正极资料，如富锂锰基、镍钴酸锂等。
正极资料的电压进步后，需求与之配套的高电压电解液，添加剂对电解液的高电压功能起到关键性效果，其成为近年来的研制要点。
10、水性粘结剂
现在正极资料首要运用PVDF做粘结剂，用有机溶剂进行溶解。负极的粘结剂系统中有SBR、CMC、含氟烯烃聚合物等，也会用到有机溶剂。在电极片制造进程中，需求将有机溶剂烘干蒸腾，这既污染环境，又损害职工健康。枯燥蒸腾的溶剂需用特别的冷冻设备搜集并加以处理，且含氟聚合物及其溶剂价格昂贵，添加了锂电池的生产本钱。别的，SBR/CMC粘结剂在加工进程中易粘辊，且难以用于正极片制备，运用范围受到束缚。
出于环保、下降本钱、添加极片功能等需求考量，水性粘结剂的开发势在必行。
硅碳资料是最有潜力的锂电池负极资料
硅是现在人类至今停止发现的比容量（4200mAh/g）最高的锂离子电池负极资料，是一种最有潜力的负极资料，但硅作为锂电池负极运用也有一些瓶颈，第一个问题是硅在反响中会呈现体积胀大的问题。经过理论核算和试验能够证明嵌锂和脱锂都会引起体积改变，这个体积改变是320%。所以不管做成什么样的资料，微观上，在硅的原子标准或许纳米标准，它的胀大是300%。在资料规划时必需求考虑大的体积改变问题。高体积容量的资料在局部会发生力学上的问题，经过一系列的基础研讨证明，它会裂开，构成严峻的掉落。
硅体积胀大会导致一系列成果：
1. 颗粒粉化，循环功能差
2. 活性物质与导电剂粘结剂触摸差
第二个问题就是在硅外表的SEI膜是比较厚且不均匀的，受温度和添加剂的影响很大，会影响锂离子电池中整个比能量的发挥。
石墨外表由于导电性特别好，相对来说SEI膜比较均匀，它的组成跟硅负极不一样。为了研讨这个问题，中科院相关科学家做了模型资料，经过微加工做成硅纳米柱。调查这种资料在充放电进程中SEI膜的成长，咱们发现跟着循环次数的添加，SEI膜逐步把硅柱中心的空地填上，掩盖完后还会持续成长大约4.5μm，在硅外表假如不加任何处理，SEI膜能够长得很厚。这说明它是多孔的，溶剂一直能够触摸到浸到硅的外表，这样在全电池规划时是不可的。怎么样处理这个问题，中科院科相关学家做了一些测验在硅上做了碳包覆，为了做比照，咱们硅上只做了部分的石墨烯包覆，其他地方空出来。终究看到包覆和不包覆SEI膜的成长状况不一样，碳包覆的SEI膜就显着削减，没有包覆的SEI膜就有许多。
从长时刻的基础研讨来看，①经过硅粉纳米化；②硅碳包覆；等技能手法能够有用处理硅在锂电池负极运用中遇到的问题。无论是纳米硅碳仍是氧化亚硅碳，硅力求做到以下几点：
硅粒径：＜20nm（理论上越小越好）；均匀度：标准偏差小于5nm；纯度：＞99.95%；描摹：100%球形率。
别的，完好的外表包覆十分重要，防止硅和电解液触摸，发生厚的SEI膜的耗费。微观结构的规划也很重要，要来维持在循环进程中电子的触摸，离子的通道，体积的胀大。
碳包覆机理在于：Si的体积胀大由石墨和无定形包覆层一起承当，防止负极资料在嵌脱锂进程因巨大的体积改变和应力而粉化。碳包覆的效果是：
（1）束缚和缓冲活性中心的体积胀大
（2）阻挠纳米活性粒子的聚会
（3）阻挠电解液向中心浸透，坚持安稳的界面和SEI
（4）硅资料奉献高比容量，碳资料奉献高导电性
硅碳负极具有十分宽广的商场空间
负极资料技能相比照较老练，且其集中度较高，产能由日本向我国搬运比较显着。现在负极资料以碳素资料为主，占锂电池本钱较低，在国内根本全面实现工业化。从区域看，我国和日本是全球首要的产销国，动力电池企业收购负极首要来自于日本企业。
2012-2016年我国负极资料产值状况（万吨）
2015 年，全球负极资料整体出货量为11.08 万吨，同比增加29.59%。其间我国负极资料的出货量到达7.28 万吨，同比增加41.1%，占比高达 66%。近几年，跟着我国生产技能的不断进步，我国又是负极资料质料的首要产地，锂电负极工业不断向我国搬运，商场占有率不断进步。硅碳负极资料是未来锂电池负极资料最具运用潜力的，可见硅碳负极资料的商场容量有多大，这也解说了现在为何有很多企业和研讨单位布局硅碳负极资料。
