Après des années de développement, la densité énergétique des batteries lithium-ion a été considérablement améliorée. Les statistiques montrent que la densité énergétique des batteries lithium-ion a triplé entre 1991 et 2015, avec un GAGR (taux de croissance annuel composé) d'environ 3%. Cependant, du point de vue du développement technologique réel, le taux de croissance actuel de la densité énergétique des batteries lithium-ion a considérablement ralenti et les produits grand public sont proches du plafond de densité énergétique. Ce n’est qu’en brisant les chaînes des matériaux et des technologies que nous pourrons réaliser des percées continues en matière de densité énergétique des batteries. Pendant longtemps, les matériaux cathodiques ont été considérés comme une contrainte pour améliorer les performances des batteries en raison de leur faible capacité spécifique. Après d'importants investissements en recherche, des matériaux cathodiques tels que l'oxyde en couches (oxyde de lithium-cobalt), le phosphate de fer et de lithium, le phosphate de lithium-fer et de manganèse, les matériaux ternaires et les matériaux ternaires à haute teneur en nickel ont été développés les uns après les autres. La capacité spécifique des matériaux cathodiques est passée de 120 mAh à 120 mAh. /g (mAh/g) est progressivement augmenté jusqu'à 210 mAh/g. De nos jours, alors que le développement de la technologie des batteries approche de ses limites et que l'amélioration de la capacité des matériaux cathodiques rencontre des goulots d'étranglement, le développement et l'application de matériaux anodiques avec une capacité spécifique plus élevée sont devenus la clé pour dépasser le plafond de densité énergétique des batteries lithium-ion.
Lorsqu'une batterie lithium-ion est chargée, les ions lithium générés par l'électrode positive sont intégrés dans l'électrode négative via l'électrolyte. Plus il y a d’ions lithium intégrés dans l’électrode négative, plus la capacité de charge est élevée. Les matériaux d'anode affectent principalement le premier rendement coulombien, la densité énergétique, les performances de cycle, etc. des batteries lithium-ion et constituent l'une des matières premières les plus importantes pour les batteries lithium-ion. Les matériaux d'anode actuellement utilisés dans les batteries lithium-ion commerciales comprennent principalement : des matériaux carbonés de type graphite, principalement du graphite artificiel et du graphite naturel ; des matériaux carbonés désordonnés, notamment du carbone dur et du carbone mou ; matériaux à base de titanate de lithium ; matériaux à base de silicium, comprenant principalement des matériaux composites d'oxyde de silicium recouvert de carbone, des matériaux composites de carbone nano-silicium, etc. Le développement rapide des nouvelles industries de véhicules énergétiques et de stockage d'énergie a entraîné la croissance explosive des batteries lithium-ion.
L'anode en silicium a un potentiel d'insertion de lithium modéré (~0,4 V contre Li+/Li). Il n'y a aucun danger caché de précipitation du lithium pendant le processus de charge, ce qui améliore les performances de sécurité des batteries lithium-ion. Il est très prometteur de remplacer le graphite comme prochaine génération de batteries lithium-ion hautes performances. matériau d'électrode négative. Cependant, la lithiation du silicium présente les inconvénients inhérents d'une expansion de volume importante (> 300%), d'une mauvaise conductivité et d'un faible coefficient de diffusion des ions lithium, ce qui fait que les matériaux d'anode à base de silicium n'ont pas encore trouvé d'application sur le marché à grande échelle.
Actuellement, l’industrie des matériaux d’anode pour batteries au lithium se trouve à un stade critique de sa transformation. Les entreprises leaders disposent d’avantages financiers et technologiques évidents, et les barrières à l’entrée pour les retardataires ne cessent de croître. Les entreprises pétrochimiques peuvent combiner leurs avantages dans le domaine des matières premières de coke aiguilleté pour le graphite artificiel et entrer rapidement dans l'industrie en acquérant des entreprises de fabrication de graphitisation et en établissant des alliances stratégiques avec des entreprises leaders du secteur et des institutions de R&D pour parvenir à une fabrication intégrée de graphite artificiel et obtenir de meilleurs résultats. De nombreuses opportunités de développement durable. En ce qui concerne les matériaux d'anode silicium-carbone, la promotion et la transformation technologiques devraient être accélérées, les critères d'évaluation des partenaires de coopération devraient être assouplis, un système progressif de droits de licence technologique devrait être exploré, le seuil de coopération devrait être abaissé et les applications commerciales devraient être encouragées. .
