文/桃李

電池其實(shí)大家都很熟悉的，日常的很多電子設(shè)備都會用到它，你或許不知道電池的內(nèi)部長什么樣，也許不知道電池工作的原理，但是一定知道電池有正極和負(fù)極之分，使用時(shí)如果將正極和負(fù)極的位置放錯(cuò)了，電子設(shè)備就不能正常的工作，這一點(diǎn)在新能源電動(dòng)汽車上也是也有的。

上次我們說到過動(dòng)力電池的正極部分，它是電池中最重要的一個(gè)部分，其成本占單個(gè)電池總成本的50%以上。相比較而言，電池的負(fù)極似乎不太被注意到，在成本上，它只占單個(gè)電池總成本的5%—15%，那么與正極相對的負(fù)極在電池中有什么用呢？它真的沒有正極重要嗎？

首先我們可以明確地說，電池的負(fù)極與正極一樣重要，成本上的差異主要是因?yàn)椴牧系牟煌瑢?dǎo)致的，這并不能作為衡量正負(fù)極重要程度的標(biāo)準(zhǔn)。鋰電池的負(fù)極是由活性物質(zhì)、粘合劑和添加劑混合制成糊狀均勻涂抹在銅箔兩側(cè)，經(jīng)干燥、滾壓而成。在電池充放電過程中，負(fù)極材料作為鋰離子和電子的載體，起著能量的儲存與釋放的作用。

這里我們簡單說明一下電池的正負(fù)極如何工作。當(dāng)對電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。

關(guān)于負(fù)極材料的選擇，需要滿足以下的要求，比如在基體中大量的鋰能夠發(fā)生可逆插入和脫嵌以得到高容量，而在插入/脫嵌過程中，負(fù)極主體結(jié)構(gòu)沒有或很少發(fā)生變化；另外主體材料具有良好的表面結(jié)構(gòu)，能夠與液體電解質(zhì)形成良好的SEI，并且插入化合物在整個(gè)電壓范圍內(nèi)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在形成SEI后不與電解質(zhì)等發(fā)生反應(yīng)等。

目前負(fù)極材料主要可以分為兩大類，一類是以石墨為代表的碳素材料，另一類則是以硅基材料為代表的非碳負(fù)極材料，之所以說它們倆是代表，原因在于前者是當(dāng)前負(fù)極材料的主流選擇，而后者是負(fù)極材料未來發(fā)展的一個(gè)重要方向，兩種材料各有優(yōu)劣。

石墨類負(fù)極材料的工藝較為成熟，其理論容量為372mAh/g，而且其來源豐富，具有綜合性能較好、性價(jià)比高等優(yōu)勢，是當(dāng)前動(dòng)力電池市場的普遍選擇。石墨分為天然石墨和人造石墨，在不斷地競爭中，人造石墨由于優(yōu)異的性能，在加工過程中可提高和增加鋰離子電池的快充性能和循環(huán)壽命，近年來逐漸成為負(fù)極材料市場主流。2021年上半年，人造石墨出貨量達(dá)到28.5萬噸，占負(fù)極材料總量的84.9%。

不過石墨的缺點(diǎn)也很多，比如克容量較低，不太能滿足動(dòng)力電池的需求，而且如果純度不夠，副反應(yīng)較多。其次層狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有待提高，倍率性能不好，充放電平臺過低。

相比于石墨，作為新型負(fù)極材料，硅基負(fù)極最大的優(yōu)勢在于擁有更高的能量密度上限，硅基負(fù)極材料中的硅和鋰發(fā)生合金化反應(yīng)，最大克容量為4200毫安/克，是石墨的10倍以上。而這與廣大車企追求更高能量、更大續(xù)航里程的目標(biāo)相符合，是目前研究的一個(gè)重點(diǎn)方向。

目前硅基負(fù)極材料的主要缺陷在于成本較高，另外其體積膨脹可達(dá)300%，這不僅僅會導(dǎo)致Si負(fù)極的顆粒破碎，還會破壞電極的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和粘接劑網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致活性物質(zhì)損失，從而嚴(yán)重影響硅負(fù)極材料的循環(huán)性能，這些都是制約其市場需求上升的重要因素。不過隨著研究的進(jìn)一步深入，以及技術(shù)水平的提高，未來應(yīng)該會有更大的發(fā)展空間。

總結(jié)：

負(fù)極材料作為鋰離子電池的四大關(guān)鍵技術(shù)之一，它與正極材料有著同樣重要的作用，包括動(dòng)力電池的每一個(gè)部分其實(shí)都是有其存在的作用的，我們不能單從其成本占比來考慮。

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