Nach jahrelanger Entwicklung konnte die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien deutlich verbessert werden. Statistiken zeigen, dass sich die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien von 1991 bis 2015 verdreifacht hat, mit einer GAGR (Annual Compound Growth Rate) von etwa 3%. Aus Sicht der tatsächlichen technologischen Entwicklung hat sich die aktuelle Wachstumsrate der Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien jedoch erheblich verlangsamt, und Mainstream-Produkte liegen nahe an der Obergrenze der Energiedichte. Nur wenn wir die Fesseln von Materialien und Technologien sprengen, können wir weitere Durchbrüche bei der Energiedichte von Batterien erzielen. Lange Zeit galten Kathodenmaterialien aufgrund ihrer geringen spezifischen Kapazität als Hindernis für die Verbesserung der Batterieleistung. Nach umfangreichen Forschungsinvestitionen wurden nacheinander Kathodenmaterialien wie Schichtoxid (Lithiumkobaltoxid), Lithiumeisenphosphat, Lithiumeisenmanganphosphat, ternäre Materialien und ternäre Materialien mit hohem Nickelgehalt entwickelt. Die spezifische Kapazität von Kathodenmaterialien ist von 120 mAh auf 120 mAh gestiegen. /g (mAh/g) wird schrittweise auf 210 mAh/g erhöht. Heutzutage, da die Entwicklung der Batterietechnologie an ihre Grenzen stößt und die Kapazitätsverbesserung von Kathodenmaterialien auf Engpässe stößt, ist die Entwicklung und Anwendung von Anodenmaterialien mit höherer spezifischer Kapazität zum Schlüssel zum Durchbrechen der Energiedichteobergrenze von Lithium-Ionen-Batterien geworden.
Beim Laden einer Lithium-Ionen-Batterie werden die von der positiven Elektrode erzeugten Lithiumionen über den Elektrolyten in die negative Elektrode eingebettet. Je mehr Lithium-Ionen in der negativen Elektrode eingebettet sind, desto höher ist die Ladekapazität. Anodenmaterialien beeinflussen hauptsächlich den ersten Coulomb-Wirkungsgrad, die Energiedichte, die Zyklenleistung usw. von Lithium-Ionen-Batterien und sind einer der wichtigsten Rohstoffe für Lithium-Ionen-Batterien. Zu den derzeit in kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Anodenmaterialien gehören hauptsächlich: graphitähnliche Kohlenstoffmaterialien, hauptsächlich künstlicher Graphit und natürlicher Graphit; ungeordnete Kohlenstoffmaterialien, einschließlich Hartkohlenstoff und Weichkohlenstoff; Lithiumtitanat-Materialien; Materialien auf Siliziumbasis, hauptsächlich kohlenstoffbeschichtete Siliziumoxid-Verbundwerkstoffe, Nano-Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe usw. Die rasante Entwicklung neuer Energiefahrzeuge und Energiespeicherindustrien hat das explosionsartige Wachstum von Lithium-Ionen-Batterien vorangetrieben.
Die Siliziumanode hat ein moderates Lithium-Insertionspotential (~0,4 V vs. Li+/Li). Während des Ladevorgangs besteht keine versteckte Gefahr einer Lithiumausfällung, was die Sicherheitsleistung von Lithium-Ionen-Batterien verbessert. Es ist am vielversprechendsten, Graphit als nächste Generation leistungsstarker Lithium-Ionen-Batterien zu ersetzen. negatives Elektrodenmaterial. Die Lithiierung von Silizium weist jedoch die inhärenten Nachteile einer großen Volumenausdehnung (>300%), einer schlechten Leitfähigkeit und eines niedrigen Lithiumionendiffusionskoeffizienten auf, sodass Anodenmaterialien auf Siliziumbasis noch keine großtechnische Marktanwendung finden.
Derzeit befindet sich die Industrie für Anodenmaterialien für Lithiumbatterien an einem kritischen Punkt ihrer Transformation. Führende Unternehmen verfügen über offensichtliche Kapital- und Technologievorteile, und die Eintrittsbarrieren für Nachzügler nehmen ständig zu. Petrochemische Unternehmen können ihre Vorteile auf dem Gebiet der Nadelkoks-Rohstoffe für künstlichen Graphit kombinieren und schnell in die Branche einsteigen, indem sie Graphitisierungsunternehmen erwerben und strategische Allianzen mit branchenführenden Unternehmen und Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen eingehen, um eine integrierte Herstellung von künstlichem Graphit zu erreichen und bessere Ergebnisse zu erzielen. Viele Möglichkeiten für eine nachhaltige Entwicklung. Im Hinblick auf Silizium-Kohlenstoff-Anodenmaterialien sollten die Technologieförderung und -transformation beschleunigt, die Bewertungskriterien für Kooperationspartner gelockert, ein progressives Technologielizenzgebührensystem geprüft, die Hürde für eine Zusammenarbeit gesenkt und kommerzielle Anwendungen gefördert werden .
