中國粉體網訊  作為鋰離子電池關鍵材料之一，負極材料對鋰離子電池的最終性能起著至關重要的作用。隨著新能源汽車的發展，在動力鋰離子電池追求高能量密度和低成本的趨勢下，市場對負極材料性能提出了更高的要求。以硅基負極、金屬鋰負極、金屬氧化物負極等為代表的新型負極材料的研發正在如火如荼地進行，同時這也反映了未來負極材料產業化的新趨勢。在第二屆先進負極材料技術與產業高峰論壇期間，我們邀請了業內專家學者做客對話欄目，進行訪談交流。本期為您分享的是中國粉體網對湖南大學劉洪波教授的專訪。

中國粉體網：目前石墨負極材料的開發已經越來越接近它的理論比容量的極限，您認為石墨負極材料在哪些方面還有提升的空間？對于人造石墨和天然石墨還有哪些有待突破的技術？

劉教授：石墨負極材料有一個理論的天花板，也就是372mAh/g，現在石墨負極材料的容量基本上已接近這個數值了，所以這方面還有沒有可能突破？現在純炭材料突破的可能性還是有的，比如說通過界面、通過造孔進一步地增加一些儲能空間都是有可能實現的，但是要避免它的成本增加過多。另外石墨與一些非炭負極復合，比如說硅，或者是像氧化鐵這樣的一些負極來復合提升容量，技術進步可能更快。我覺得從工程上來講，去花太多的功夫提高容量可能有時候會得不償失，因為現在的負極價格已成為一個很主要的制約因素。

對于天然石墨和人造石墨而言，它們的技術突破的領域不完全一樣。人造石墨現在的主流的方向是技術上走差異化的道路，因為容量大家很少再去更多地去突破它，但是我們可以快充、長循環，還有就是高倍率等。我在報告里面還提到均質性的問題，怎么能夠做得更均質？因為石墨化爐它各個部位的溫度是不一致的，這些溫度不同的材料混在一起，它必然會造成材質的不均勻。

均質性對于高循環應用的負極材料更加重要，因為高循環未來可能會成為負極材料的主流的攻關方向。從手機等3C電子到電動車，循環性能翻了一倍，手機要求500次就可以，但是電動車要求1000次，儲能領域現在工信部已經規定循環要大于5000次，而且這還是最低要求。所以我覺得循環是未來石墨負極材料要主攻的一個方向。其次就是要降低成本，儲能也必須要低成本，因為它的大規模的需求。

中國粉體網：整個負極材料市場處于產能結構性過剩的狀態，您如何看待未來幾年石墨負極材料的市場前景？

劉教授：負極材料是新能源汽車和儲能用鋰離子電池的一種不可或缺的材料。未來，雖然有一些材料可能會取代石墨負極材料的一部分市場，比如說硅碳負極，但是硅碳負極到目前為止它的循環性能也沒有解決得很好，所以說如果要大規模地來取代，特別是在儲能里面目前來講還看不到前景，汽車里面可能會取代一點。

可以說，石墨負極材料應該在未來相當長的時間里面（我想這個時間不會低于10年）仍然還會占負極材料市場的主流，特別是性價比較高的人造石墨還會占主流；天然石墨由于它的循環性能要提高很難，會增加它的成本，如我們可以做一些結構和表面的改性，但是如果把成本提得太高了，它的優勢就喪失了。

對于人造石墨而言，因為降成本的方法很多，我在報告里面講到的石墨化過程的降成本，包括連續石墨化，包括現有石墨化爐的結構優化與工藝過程優化，降成本的空間還是很大的。現在已經有一些企業的人造石墨負極的價格低于天然石墨了。

中國粉體網：面對硅碳負極這類新型負極材料的挑戰，石墨負極它目前的競爭力體現在哪些方面？

劉教授：石墨負極的競爭力主要體現在綜合性能比較好，包括倍率、循環、安全性，這些方面都挺好。雖然硅的容量高，但是其它性能都很差，比如循環不好、倍率也不是很好，還有安全性的問題。所以說硅碳負極應該會形成一定的市場，但不會取代得太多。

現在的市場主流是石墨與硅碳混合工藝，這取決于硅碳的循環性能是否能進一步提高，如果循環性能不提高，可能混在里面只是短時間起提高容量的作用。比如說人造石墨可以做到5000次循環，而硅碳提高到1000次循環，但后面的4000次循環它的容量很快下來了，反而起了負作用。

我覺得未來在電動車領域，像人造石墨循環1000次、硅也1000次，這樣兩個就可以匹配了。因此說混合的方式必須要匹配。特別是我們做電池，它不像有些材料用一次就行了，而是要循環再來用的。循環用的過程當中，如果說不匹配的話，到后面就不行。因為鋰電池的負極材料，它一衰減起來就很快，到了臨近壽命的那個階段以后，它衰減起來就是崩潰式的衰減，而不是那種漸進式的慢慢的衰減。現在大家都比較關注硅碳負極，它還有一個降成本的問題，目前摻大約5~10%到石墨里面，成本增加并不高，但摻入量太大不僅成本上來了，而且與目前的正極材料還無法匹配。

我比較傾向于，今后硅碳要跟石墨“復合”起來，而不是混合，就是它復合在石墨顆粒的表面或者孔洞里面，然后再包覆，這樣每個顆粒都是一致的，均質的，容量隨循環次數一起下降。顯然，這種“復合”對石墨負極產業不會產生顛覆性的沖擊。

中國粉體網：請介紹一下您在科研與產業的結合方面的進展情況。

劉教授：近幾年我主要的工作是圍繞石墨負極材料降成本在做工作。主要是做催化石墨化和連續石墨化，前者通過添加催化劑來降低石墨化的溫度，從而達到節能降耗的目的。我們現在做的結果大概是可以降500度左右，這是很不容易、也非常有意義的。哪怕是降200度、300度，石墨化的能耗都可以大幅度降下來。

后者與前者有較高的相互關聯性，石墨化過程中不光有電耗，還有很多的一些材料的消耗，包括石墨化裝備制造的難易程度。石墨化溫度降下來以后，石墨化爐特別是連續石墨化爐，就不要在那么高的溫度下長期運行了，制造過程中對于裝備的苛刻程度也沒那么高了，就更容易實現連續化。

現在負極材料的生產過程中，石墨化是它主要的成本構成，我們就必須要在這個地方想辦法來把成本給降下來。其實很多產業它做到一定的程度以后，它本身的技術已經不是它的主要因素，就說石墨負極材料，想要再提高它的性能，有時候已經到了一個瓶頸期，到了它性能的天花板了，你要想再提高可能會費很大的勁去把它的性能稍微提高一點，有時候還不如另外走一條路，比如說用另外的材料來替代，像硅這種材料，如果能夠把循環還有其它性能都做上來，當然很好。但是我們現在看它的發展，大規模取代石墨還不到時候，因為不僅性能亟待提高，而且生產成本更需要下降。

（中國粉體網采訪、編輯/平安，經劉教授審閱）

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