После многих лет разработок плотность энергии литий-ионных батарей была значительно улучшена. Статистика показывает, что плотность энергии литий-ионных батарей увеличилась в три раза с 1991 по 2015 год, при этом GAGR (ежегодный совокупный темп роста) составил около 3%. Однако с точки зрения фактического технологического развития текущие темпы роста плотности энергии литий-ионных аккумуляторов значительно замедлились, а основные продукты близки к потолку плотности энергии. Только разорвав оковы материалов и технологий, мы сможем добиться дальнейшего прорыва в плотности энергии аккумуляторов. Долгое время катодные материалы считались препятствием для улучшения характеристик аккумуляторов из-за их низкой удельной емкости. После больших инвестиций в исследования были разработаны один за другим катодные материалы, такие как слоистый оксид (оксид лития-кобальта), фосфат лития-железа, фосфат лития-железа-марганца, тройные материалы и тройные материалы с высоким содержанием никеля. Удельная емкость катодных материалов увеличилась со 120 мАч до 120 мАч. /г (мАч/г) постепенно увеличивается до 210мАч/г. В настоящее время, когда развитие аккумуляторной технологии приближается к своему пределу, а улучшение емкости катодных материалов сталкивается с узкими местами, разработка и применение анодных материалов с более высокой удельной емкостью стала ключом к преодолению потолка плотности энергии литий-ионных батарей.
Когда литий-ионный аккумулятор заряжается, ионы лития, генерируемые положительным электродом, внедряются в отрицательный электрод через электролит. Чем больше ионов лития внедрено в отрицательный электрод, тем выше зарядная емкость. Анодные материалы в основном влияют на первый кулоновский КПД, плотность энергии, циклическую производительность и т. д. литий-ионных батарей и являются одним из наиболее важных сырьевых материалов для литий-ионных батарей. Анодные материалы, используемые в настоящее время в коммерческих литий-ионных батареях, в основном включают: графитоподобные углеродные материалы, главным образом искусственный графит и природный графит; неупорядоченные углеродные материалы, включая твердый углерод и мягкий углерод; материалы титаната лития; материалы на основе кремния, в основном включая композитные материалы из оксида кремния с углеродным покрытием, нанокремниевые углеродные композитные материалы и т. д. Быстрое развитие новых энергетических транспортных средств и отраслей хранения энергии привело к взрывному росту литий-ионных батарей.
Кремниевый анод имеет умеренный литиевый потенциал внедрения (~0,4 В по сравнению с Li+/Li). Во время процесса зарядки нет скрытой опасности выпадения лития, что повышает безопасность литий-ионных аккумуляторов. Наиболее перспективна замена графита в качестве следующего поколения высокопроизводительных литий-ионных аккумуляторов. Материал отрицательного электрода. Однако литирование кремния имеет присущие ему недостатки, такие как большое объемное расширение (>300%), плохая проводимость и низкий коэффициент диффузии ионов лития, из-за чего анодные материалы на основе кремния еще не получили широкомасштабного рыночного применения.
В настоящее время индустрия анодных материалов для литиевых батарей находится на критическом этапе трансформации. Компании-лидеры обладают очевидными капитальными и технологическими преимуществами, а входные барьеры для опоздавших постоянно растут. Нефтехимические компании могут объединить свои преимущества в области сырья для игольчатого кокса для искусственного графита и быстро войти в отрасль, приобретая компании-производители графитации и создавая стратегические альянсы с ведущими отраслевыми компаниями и научно-исследовательскими учреждениями для достижения комплексного производства искусственного графита и получения лучших результатов. Множество возможностей для устойчивого развития. Что касается кремний-углеродных анодных материалов, необходимо ускорить продвижение и трансформацию технологий, следует смягчить критерии оценки партнеров по сотрудничеству, изучить прогрессивную систему лицензионных сборов за технологию, снизить порог сотрудничества и способствовать коммерческому применению. .
