硅碳復合材料產業化漸近
鋰電池四大材料中，正極材料、隔膜及電解液的產品種類較為豐富，且性能各異、各具特色。相較而言，負極材料以石墨為主打產品的舞臺，則稍顯單調。
隨著下游應用要求的逐步提高，新型負極材料備受業內關注，對石墨似乎形成了潛在的威脅。湖州創亞動力電池材料有限公司(下稱“湖州創亞”)總經理胡博透露：“國內已經有企業正在開發硅碳復合材料，甚至有企業開始嘗試著將硅碳復合材料應用到18650電池上。”
高工產業研究院(GGII)調研也發現，國內各大負極材料企業(如江西正拓、江西紫宸、星城石墨、湖州創亞等)均在著手開發硅碳復合材料。整體來看，硅碳復合材料產業化似乎越來越近。
研究進程加快
在高工產業研究院(GGII)的2014年度盤點中，硅碳復合材料被認為是“影響未來鋰電產業發展的10大潛力材料”之一。
理論上來說，硅碳復合材料確實擁有石墨材料難以達到的性能。比如，硅碳復合材料的理論克容量約為4200mAh/g,比石墨材料的理論克容量372mAh/g高出了10倍有余。在追求高容量的動力電池時代，硅碳復合材料若能實現產業化，將大大提升單體電芯的容量，有效緩解業內對電動汽車續航里程的擔憂。
正因如此，國內外眾多廠家對硅碳復合材料的研究可謂“孜孜不倦”。
日前有消息稱，美國加州電池開發商Enevate Corporation宣布推出用于鋰離子電池的HD-Energy技術，該技術使高能量密度的可充電鋰離子聚合物電池成為可能。該聚合物電池使用以硅為主要材料的新型復合陽極(即電池負極)，其能量密度是傳統石墨陽極的4倍。
工程院院士陳立泉表示，國外商用動力鋰電池普遍采用三元材料與新型負極材料(如硅碳復合材料)組合，已經能夠將電池比能量做到150Wh/Kg左右。而在新型鋰電池材料開發與應用上，國內材料行業與國外存在差距。
令人欣喜的是，國內材料行業已經察覺終端市場對產品性能的需求，以及與國外高端材料的差距。近幾年，國內鋰電負極材料領域發生了些許變化，尤其是硅碳復合材料。
GGII調研顯示，國內市場份額名列前茅的負極材料企業均在開發硅碳復合材料。從方面來看，截至2014年末，硅碳復合材料的共有269項，其中2012-2014年共申請186項，占比69%。
GGII分析師高小兵表示：“近幾年硅碳復合材料方面的上升，代表著行業內對硅碳復合材料的重視，硅碳復合材料的研究進程正逐步加快。”
而硅碳復合材料的實際應用也被很多業內人士看好。胡博表示：“在未來2-3年內，對于追求高容量、循環要求不太高的電芯應用領域來說，應用硅碳復合材料作為負極材料應該是比較好的選擇。目前的硅碳復合材料整體處于產品導入階段，電芯企業有意愿試用新型的負極材料產品。如若進展快速，硅碳復合材料或有可能在一兩年內實現產業化。”
江西正拓CTO楊建鋒介紹，對于克容量400-500mAh/g的硅碳復合材料，國內的小批量生產和應用技術研究已接近成熟，有望在方形鋁殼和圓柱形數碼鋰電池上得到推廣應用。
瓶頸待突破
不可否認，業內看好硅碳復合材料發展的人士日漸增多。但GBII在調研后表示，目前硅碳復合材料的發展仍面臨兩大瓶頸需突破。
先，如果硅碳復合材料用作負極材料，鋰電池在充放電過程中，硅碳的體積容易發生膨脹，且吸液能力強。從目前的技術研發情況來看，尚無辦法有效解決上述問題。
對此，胡博表示：“若未能找到有效的手段得以解決膨脹引起的問題，鋰電池的安全性能無法得到良好的保證，硅碳復合材料很難在新能源汽車上得到廣泛應用。”
不僅如此，國內硬碳材料產品性能和生產成本與人造石墨相比并無優勢，短期內批量應用在EV動力電池上的可能性不大。也即是說，硅碳復合材料可能會與鋰電池應用極為重要的領域——動力電池失之交臂。另辟蹊徑、尋求新的突破口，才能讓其施展高克容量的性能。
其次，用硅碳復合材料的鋰電池的循環壽命差，對于追求長壽命、高循環性能的新一代鋰電池，單純用硅碳復合材料還難以解決這方面的難題。
目前，有企業在嘗試通過包覆、摻雜等方式，解決這方面的問題。但從行業研究進展來看，現階段很多企業對硅碳復合材料的研究還僅限于實驗室內，并沒有將產品真正推向市場試用。因此，在實際的產品應用方面，缺乏相應的數據作為有利的支撐與對比。
此外，一位資深業內人士表示，對于電芯生產企業而言，硅碳復合材料除了基材的缺陷——面密度仍然較高導致成品率較低外，高耐溫芯片還需要開發一系列能承受多次高低溫沖擊、長期高溫工作的芯片封裝工藝，以及耐高溫組裝(如PCB、焊料、保護層等配套技術)，以便真正發揮出其400℃結溫的高功率密度優勢。
所以在硅碳復合材料產業化推進過程中，負極材料企業不僅要提高產品的性能，還須做好與其它材料的配合，以及與電芯企業、PACK企業共同謀求鋰電池封裝工藝的升級。未來硅碳復合材料能否實現大規模應用，有賴于這些“疑難雜癥”的解決。
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