波士顿, 2023年8月28日 — 关于新型锂离子电池负极材料,人们仍然充满期待。新一代硅负极材料距离商业化又近了一步,有望改善能量密度和倍率性能。锂金属和无负极解决方案仍在探索之中,而诸如氧化铌等材料也吸引了一些对快速充电电池感兴趣的人。尽管如此,石墨的整体良好性能和低成本意味着它被预测在锂离子行业将保持主导地位。
石墨需求保持稳定
尽管新型负极材料不断发展,但过去30年来一直用于锂离子电池负极的石墨,预计在中期内将仍然是最广泛使用的锂离子电池负极材料。IDTechEx预测,对锂离子石墨负极的需求将大幅增长,并将在2029年前超过200万吨。
天然石墨或合成石墨
用于锂离子电池负极的石墨主要有两大类,天然石墨和合成(或人造)石墨,各有其优缺点。天然石墨的成本通常低于合成石墨。它也可以提供略高的初始容量,但循环寿命、C率性能和初始库仑效率通常较低。相比之下,合成石墨由于石墨化过程所需能量较高,以及将其磨制成球形粒子较难,其成本高于天然石墨,但它也往往提供更长的循环寿命和略高的初始库仑效率。然而,这两种类型石墨的性能和成本可能会有重叠,两者之间的差异也在缩小。除了石墨类型之外,诸如正极选择、电解质添加剂、涂层、粒度和分布、电极平衡以及石墨产品的规格和质量等各种电池设计因素,都将对最终电池的性能、成本和循环寿命产生重大影响。
合成石墨和天然石墨继续都被使用,且广泛采用混合使用。IDTechEx估计,按kt销量计算,合成石墨和天然石墨的份额大致均等。然而,由于成本压力和能源价格高企,过去几年天然石墨的使用有所增加。
变革中的格局?
与其他原材料一样,增加天然石墨产量以跟上对锂离子电池快速增长的需求具有挑战性。鉴于锂离子电池在交通电动化和固定储能应用中的重要作用,美国能源部和欧盟委员会已将天然石墨列入其最新关键原材料/矿产清单,部分原因是供应风险。中国对石墨负极生产的主导地位也带来供应风险,尽管Syrah Resources、Northern Graphite和Nouveau Monde等玩家的出现,意味着中国以外的锂离子石墨负极生产正在北美发展,而Talga Resources、SGL Carbon和Vianode(合成)等也在欧洲出现,等等。
除了使原材料供应多样化,改善可持续性和ESG指标将是新石墨生产的重要因素。更低的能耗和内在排放将成为越来越重要的指标。这在欧洲尤其如此,欧洲电池法规规定将为大于2千瓦时的锂离子电池实施碳足迹标签和声明。这可能有利于天然石墨及其更低的能耗,尽管需要仔细管理提纯过程中的颗粒排放和酸废液。来自可再生能源的低成本和低碳能源可以帮助提高合成石墨在这方面的竞争力,尽管它仍将依赖化石原料。这些要点有助于进一步强调天然石墨和合成石墨之间的微妙平衡。
最终,动态的锂离子石墨负极市场和锂离子需求的高增长率将确保对合成石墨和天然石墨负极材料的持续需求。
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