石墨电极选哪个好？提升锂电池性能关键指南

倘若期望手机以及电动车充一回电可以有着更长的使用时长，电池的能量密度那是至关重要的因素，此刻，正极材料的提升余地已然极为有限，寻觅能够存储更多锂离子的负极材料，便成为了打破电池续航困境最为切实可行的途径。

石墨负极的现状与局限

此刻，绝大多数锂离子电池的负极所采用的是石墨材料，包含人造石墨以及天然石墨。它们之所以能够在主流市场占据数十年，主要是受益于其性能稳定、成本低廉并且生产工艺成熟。石墨在充放电进程中结构变化极小，这为电池的长循环寿命给予了保障。

厂商为求性能与成本达成平衡，常把天然石墨和人造石墨依照比例混合起来使用，这种做法能够灵活地调节材料的克容量，还能有效地控制最终产品的价格，正是因为具备这种高度的可定制性以及经济性，致使石墨体系在规模化生产里难以被彻底替代，然而其理论容量已然快要接近天花板了。

硬碳材料的潜力与挑战

非晶态碳材料之中，有一种被称作硬碳，其内部结构无序，进而能够提供比石墨更多的储锂位点。近些年来，伴随钠离子电池研发热度上升，硬碳因对钠离子具备良好兼容性，所以备受关注，国内有多家负极材料企业，已然开始布局相关产能。

然而，硬碳于锂离子电池里的应用依旧面临着显著的障碍，其主要的问题涵盖首次充电时间段不可逆容量的损失是过高的，充放电的时候电压平台是不明显的，材料的密度是偏低的，以及在空气中易于氧化等情况，这些技术方面的难点对硬碳在追求高能量密度以及长寿命的锂电场景内的商业化形成了限制 。

硅基负极的崛起与市场

将硅视作最具潜力的下一代负极材料，其理论储锂容量比石墨高出十倍有余。当下，硅基负极主要在对循环寿命要求相对没那么严格的消费电子领域，像是部分高端智能手机以及可穿戴设备当中尝试着应用。

资本市场针对硅基负极的前景给出了积极的回应，一些处于领先位置的开发团队得到了涵盖保时捷、巴斯夫、SK集团等国际企业以及投资基金的注资，尽管当下市场渗透率并不高，然而产业链上下游已为其往后的规模化应用做了铺垫。

硅碳负极的技术路线

把硅块研磨成纳米颗粒，这是早期硅碳负极技术路线中以“研磨法”为主的做法，之后通过包覆碳层来缓冲体积膨胀，在 2021 年前，因其成本相对较低而备受业界看好，不过深入研发后却遇到了瓶颈。

把硅颗粒均匀地研磨，使其达到20纳米以下，并且不会团聚，在工艺方面极具挑战性，即便达成了，细小的纳米硅在后续的碳包覆过程中极易再度团聚，致使包覆不均匀，最终对电池的整体性能产生影响，这使得行业不得不去寻找更优的解决办法 。

气相沉积法的前景

这一被视作硅基负极生产终极技术方向的气相沉积法，是直接于气相里使含硅化合物进行分解，进而沉积在基底之上，以此形成纳米硅结构。在理论层面，它的生产流程更为简短，设备投资也更少，并且能够对硅颗粒的形貌以及尺寸予以更好的控制。

该工艺可达成纳米硅跟碳材料的原子级均匀复合，进而使得电极的综合性能得到大幅提高。测试得出，经过此方法制备的材料在全电池的内阻这一方面，以及循环寿命这一方面，还有首次效率这一方面和膨胀控制这一方面都存在显著的提升。然而该工艺的难度是非常高的，至今都还没有达成百吨级的大规模稳定量产呢。

产业化面临的共同难题

不管选用哪一种技术路线，硅基负极产业化都回避不了几个关键难题，怎么精准把控纳米硅的粒径与形貌以保证一致性，怎么设计出有效的缓冲结构去抑制超过300%的体积膨胀，还有怎么把高昂的生产成本降低。

硅若想广泛应用，前提条件是解决其巨大体积膨胀问题，这是行业达成的共识，而这需要材料科学领域会同电化学乃至工程制造领域共同开展协同创新，并且只有达成纳米硅粉的大规模且低成本以及高质量生产，硅基负极才能够真正迈向普及 。

跟着电动汽车面向续航里程提出愈高要求，你觉得电池技术往后的突破要点，究竟是会源于负极材料的变革创新，还是正极亦或是电解液等别的构成部分呢？欢迎于评论区去分享你的看法认知，要是感觉本文具备助益作用，请施以点赞予以支持。