負(fù)極材料：國(guó)內(nèi)技術(shù)成熟，鈦酸鋰發(fā)展前景廣
鋰電池負(fù)極材料國(guó)內(nèi)技術(shù)成熟，碳材料種類繁多。作為鋰電池的四大關(guān)鍵材料之一，負(fù)極材料技術(shù)與市場(chǎng)均較為成熟，成本比重最低，在5-10%左右。現(xiàn)階段負(fù)極材料研究的主要方向如下：石墨化碳材料、無(wú)定型碳材料、氮化物、硅基材料、錫基材料、新型合金和其他材料。
石墨產(chǎn)品主導(dǎo)天下。負(fù)極材料主要由碳素材料為主，包括天然石墨、人造石墨、石墨化中間碳微球。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年中國(guó)負(fù)極材料出貨量為27650噸，其中天然石墨出貨量占比59%，人造石墨30%，石墨化中間碳微球8%。在全球，石墨類負(fù)極材料占總出貨量的90%，在負(fù)極材料中處于絕對(duì)主流的優(yōu)勢(shì)。
天然石墨具有性價(jià)比高，加工性能好等特點(diǎn)。我國(guó)石墨礦資源豐富，成本較低，但是天然石墨也有一些缺陷，吸液性差，分子中不存在交聯(lián)的sp3結(jié)構(gòu)，墨片分子容易發(fā)生平移，從而導(dǎo)致石墨負(fù)極材料的循環(huán)性能差。天然石墨負(fù)極材料主要用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品。
人造石墨因其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，循環(huán)壽命長(zhǎng)等高性能，有取代天然石墨的趨勢(shì)。人造石墨通過對(duì)原始材料進(jìn)行表面改性和結(jié)構(gòu)調(diào)整，使其部分無(wú)序化或者在各類材料中形成納米級(jí)的孔、洞和通道等結(jié)構(gòu)，加大鋰離子嵌入和脫嵌反應(yīng)，因此具有高壓實(shí)、高容量、長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)。人造石墨主要作為動(dòng)力電池的負(fù)極材料。
中間相碳微球綜合性能好，循環(huán)壽命長(zhǎng)。中間相碳微球是球形結(jié)構(gòu)，堆積密度高，單位體積嵌鋰容量比較大，而且小球具有片層狀結(jié)構(gòu)，有利于鋰離子的嵌入和脫嵌。700℃熱處理的中間相碳微球充電容量可達(dá)1190mAh/g，放電容量大750mAh/g，遠(yuǎn)超過石墨的理論放電容量(372mAh/g)。
鈦酸鋰是安全性最高的負(fù)極材料，在充放電循環(huán)中保持“零應(yīng)變性”。零應(yīng)變性是鈦酸鋰嵌入和脫嵌鋰離子晶格常數(shù)和體積變化很小，能夠有效避免由于電極材料的來(lái)回伸縮導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，從而大大提高電極的循環(huán)次數(shù)。另外，鈦酸鋰的電勢(shì)比純金屬鋰的高，不易產(chǎn)生晶枝，為保障鋰電池的安全提供了基礎(chǔ)，但是鈦酸鋰的比容量比其他負(fù)極材料低很多，容量為175mAh/g，作為電池材料其振實(shí)密度比較低，單位體積容量較小。
硅碳(Si-C)復(fù)合材料適合做高容量電池的負(fù)極材料。硅具有非常高的理論比容量和較低的嵌入和脫嵌鋰電位。硅碳復(fù)合材料采用高比容量的硅為主要活性體，采用體積效應(yīng)小、循環(huán)穩(wěn)定性好的碳為載體，合成新型的硅/碳復(fù)合材料，能夠有效避免硅在充放電過程中由于體積過度膨脹而粉化，但是硅碳復(fù)合材料同時(shí)也有一些劣勢(shì)，其安全性以及倍率性能較差，當(dāng)電流密度稍大些時(shí)，容量下降很明顯。
負(fù)極材料集中度高，日本向中國(guó)產(chǎn)能轉(zhuǎn)移比較明顯。目前負(fù)極材料以碳素材料為主，占鋰電池成本較低，在國(guó)內(nèi)基本全面實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)集中度高，從企業(yè)來(lái)看，全球前四大企業(yè)：日立化學(xué)、深圳貝特瑞、JFE、三菱化學(xué)，市場(chǎng)份額合計(jì)占比為78%，負(fù)極材料表現(xiàn)出高度集中化。從區(qū)域看，中國(guó)和日本是全球主要的產(chǎn)銷國(guó)。從車用動(dòng)力鋰電池企業(yè)負(fù)極供應(yīng)體系來(lái)看，目前動(dòng)力電池企業(yè)采購(gòu)負(fù)極主要來(lái)自于日本企業(yè)。近幾年，隨著中國(guó)生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，中國(guó)又是負(fù)極材料原料的主要產(chǎn)地，鋰電負(fù)極產(chǎn)業(yè)不斷向中國(guó)轉(zhuǎn)移，市場(chǎng)占有率不斷提高。
國(guó)內(nèi)負(fù)極材料行業(yè)產(chǎn)能快速增長(zhǎng)。受平板電腦、超級(jí)本、電動(dòng)自行車、新能源汽車以及儲(chǔ)能等終端市場(chǎng)需求帶動(dòng)，鋰電池產(chǎn)量將保持平穩(wěn)增長(zhǎng)，2013年上半年中國(guó)負(fù)極材料實(shí)現(xiàn)銷量16560噸，相比于2012年上半年增長(zhǎng)19.8%。由于在鋰電池四大材料中，國(guó)內(nèi)負(fù)極材料相關(guān)技術(shù)發(fā)展最為成熟，國(guó)內(nèi)產(chǎn)能較大，但受產(chǎn)能相對(duì)過剩的影響，負(fù)極材料的價(jià)格近幾年呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。
負(fù)極材料未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)：以提高容量和循環(huán)穩(wěn)定性為目標(biāo)。作為鋰電池四大關(guān)鍵材料之一，負(fù)極材料決定了鋰電池的性能，如充放電效率、循環(huán)壽命等等。常規(guī)石墨負(fù)極材料的倍率性能已經(jīng)難以滿足鋰電池下游產(chǎn)品的需求。在動(dòng)力電池方面，碳酸鋰可能是新的發(fā)展方向;在消費(fèi)類電子產(chǎn)品方面，需要提高電池的能量密度，以硅-碳(Si-C)復(fù)合材料為代表的新型高容量負(fù)極材料是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
