Dopo anni di sviluppo, la densità energetica delle batterie agli ioni di litio è stata notevolmente migliorata. Le statistiche mostrano che la densità energetica delle batterie agli ioni di litio è aumentata tre volte dal 1991 al 2015, con un GAGR (tasso di crescita composto annuo) di circa 3%. Tuttavia, dal punto di vista dell’effettivo sviluppo tecnologico, l’attuale tasso di crescita della densità energetica delle batterie agli ioni di litio è rallentato in modo significativo e i prodotti tradizionali sono vicini al limite massimo di densità energetica. Solo rompendo le catene dei materiali e delle tecnologie potremo ottenere continui progressi nella densità energetica delle batterie. Per molto tempo, i materiali catodici sono stati considerati un limite al miglioramento delle prestazioni delle batterie a causa della loro bassa capacità specifica. Dopo una grande quantità di investimenti nella ricerca, sono stati sviluppati uno dopo l'altro materiali catodici come ossido stratificato (ossido di litio cobalto), fosfato di litio ferro, fosfato di litio ferro manganese, materiali ternari e materiali ternari ad alto contenuto di nichel. La capacità specifica dei materiali catodici è aumentata da 120 mAh a 120 mAh. /g (mAh/g) viene gradualmente aumentato a 210 mAh/g. Al giorno d’oggi, con lo sviluppo della tecnologia delle batterie che si avvicina al limite e il miglioramento della capacità dei materiali catodici che incontrano colli di bottiglia, lo sviluppo e l’applicazione di materiali anodici con capacità specifica più elevata è diventato la chiave per superare il limite di densità energetica delle batterie agli ioni di litio.
Quando una batteria agli ioni di litio viene caricata, gli ioni di litio generati dall'elettrodo positivo vengono incorporati nell'elettrodo negativo attraverso l'elettrolita. Maggiore è il numero di ioni di litio incorporati nell'elettrodo negativo, maggiore è la capacità di carica. I materiali anodici influenzano principalmente l'efficienza Coulombiana, la densità energetica, le prestazioni del ciclo, ecc. delle batterie agli ioni di litio e sono una delle materie prime più importanti per le batterie agli ioni di litio. I materiali anodici attualmente utilizzati nelle batterie commerciali agli ioni di litio includono principalmente: materiali in carbonio simili alla grafite, principalmente grafite artificiale e grafite naturale; materiali di carbonio disordinato, compreso carbonio duro e carbonio morbido; materiali titanato di litio; materiali a base di silicio, inclusi principalmente materiali compositi di ossido di silicio rivestiti di carbonio, materiali compositi di nano-silicio e carbonio, ecc. Il rapido sviluppo di nuovi veicoli energetici e di industrie di stoccaggio dell'energia ha guidato la crescita esplosiva delle batterie agli ioni di litio.
L'anodo di silicio ha un potenziale di inserimento del litio moderato (~0,4 V rispetto a Li+/Li). Non esiste alcun pericolo nascosto di precipitazione del litio durante il processo di ricarica, il che migliora le prestazioni di sicurezza delle batterie agli ioni di litio. È molto promettente sostituire la grafite come prossima generazione di batterie agli ioni di litio ad alte prestazioni. materiale dell'elettrodo negativo. Tuttavia, la litiazione del silicio presenta gli svantaggi intrinseci di una grande espansione di volume (>300%), scarsa conduttività e basso coefficiente di diffusione degli ioni di litio, per cui i materiali anodici a base di silicio devono ancora raggiungere un'applicazione di mercato su larga scala.
Attualmente, l’industria dei materiali anodici per batterie al litio si trova in un punto critico della sua trasformazione. Le aziende leader hanno evidenti vantaggi in termini di capitale e tecnologia, e le barriere all’ingresso per i ritardatari sono in costante aumento. Le aziende petrolchimiche possono combinare i loro vantaggi nel campo delle materie prime di coke ad ago per la grafite artificiale ed entrare rapidamente nel settore acquisendo aziende produttrici di grafitizzazione e stabilendo alleanze strategiche con aziende leader del settore e istituti di ricerca e sviluppo per ottenere una produzione integrata di grafite artificiale e ottenere risultati migliori. Molte opportunità per lo sviluppo sostenibile. In termini di materiali anodici di silicio-carbonio, la promozione e la trasformazione della tecnologia dovrebbero essere accelerate, i criteri di valutazione per i partner di cooperazione dovrebbero essere allentati, dovrebbe essere esplorato un sistema progressivo di tariffe per la licenza tecnologica, la soglia per la cooperazione dovrebbe essere abbassata e le applicazioni commerciali dovrebbero essere promosse .
