汽车:CNT—电池“黑科技”竞赛受益材料.pdf

 1)硅是提升动力电池能量密度的关键。负极从石墨体系到硅基负极将是 未来的升级方向,石墨材料的理论克容量为 372mAh/g(每 6 个碳原子嵌 入 1 个锂离子,形成 LiC6 结构),目前高端产品已经达到 360-365mAh/g, 接近理论容量,石墨负极材料逐步达到上限,因此需要更高能量密度的 新材料来应对需求。硅材料最能够满足人们更高能量密度的需求(形成 Li22Si5,理论克容量为 4200mAh/g)。未来随着动力电池能量密度要求的 提高,硅碳负极搭配高镍三元材料的体系成为发展趋势。2020 年下半年 以来,特斯拉、蔚来、智己汽车等车企纷纷推出自己新一代电动智能车, 在电池材料上均布局了硅系负极,硅负极产业化大势日渐明晰。
2)硅负极必须要配合碳纳米管使用。在电池充放电过程中,硅的体积会 大幅膨胀(高达 300%以上),进而导致出现裂缝,从而发生硅负极颗粒 化,硅负极材料颗粒之间连接断裂,导致硅负极电池快速衰竭。单壁碳 纳米管解决了硅负极在锂电池应用的根本性问题。单壁碳纳米管由于管 良好的导电性、高强度、高柔性、高长径比,以及在加入低剂量的情况 下即可在材料内部形成发达网络的能力,在引入硅负极后可覆盖硅颗粒 表面并在硅颗粒之间建立高度导电和持久的连接。单壁碳纳米管同时显 著加长了硅负极的循环寿命。添加单壁碳纳米管,高硅含量的电池可满 足循环寿命的要求。

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