中國(guó)粉體網(wǎng)訊 2023年2月9-10日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的“先進(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”于山東青島隆重召開。會(huì)議期間，針對(duì)石墨負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)及市場(chǎng)現(xiàn)狀，我們邀請(qǐng)到來自湖南大學(xué)的劉洪波教授做客“對(duì)話”欄目，進(jìn)行訪談交流。
劉洪波教授
中國(guó)粉體網(wǎng)：劉教授，據(jù)了解您主要從事炭石墨材料的基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用技術(shù)開發(fā)。相較于非碳材料，您認(rèn)為鋰電池負(fù)極中的碳材料有何競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)？
劉教授：鋰離子電池問世以來，碳材料就是鋰離子電池負(fù)極材料的一個(gè)主流。這期間也經(jīng)歷一些變化，從中間相炭微球、人造石墨，到天然石墨，再到人造石墨回歸。其中也出現(xiàn)一些非碳負(fù)極材料。而這些新的非碳材料，比如硅，也在用碳材料來提高導(dǎo)電性等性能�？梢哉f碳材料在鋰離子電池中的應(yīng)用是非常廣泛的，包括現(xiàn)在一些正極材料也要用到碳材料進(jìn)行包覆。
中國(guó)粉體網(wǎng)：劉教授，目前石墨負(fù)極材料的市場(chǎng)現(xiàn)狀如何？
劉教授：石墨負(fù)極材料目前的現(xiàn)狀是中國(guó)一家獨(dú)大。全球的出貨量中國(guó)占90%以上。
石墨負(fù)極材料已有三十多年的發(fā)展歷史，天然石墨負(fù)極材料的占比曾遠(yuǎn)高于人造石墨負(fù)極材料，但自2014年以來，由于動(dòng)力電池對(duì)倍率性能和循環(huán)性能的要求較高，天然石墨負(fù)極材料的占比逐年降低，目前已不足15%。天然石墨雖然具有成本和比容量的優(yōu)勢(shì)，但是強(qiáng)勢(shì)回歸后的人造石墨負(fù)極材料的循環(huán)性能、安全性能、充放電倍率表現(xiàn)更為優(yōu)秀，近年來市場(chǎng)占有率一直穩(wěn)定在80%以上。
隨著“碳中和”“碳達(dá)峰”的提出，以人造石墨為主的負(fù)極材料企業(yè)壓力變大，因?yàn)槭母吣芎�、高成本問題凸出。所以近幾年我一直呼吁“走出去”。鋰電池企業(yè)要走出去，負(fù)極材料企業(yè)也要隨著走出去，找一些電價(jià)相對(duì)便宜的地方建石墨化企業(yè)。
此外，近期新能源汽車出口海運(yùn)存在一些瓶頸。對(duì)于新能源汽車，中國(guó)目前占據(jù)很大的優(yōu)勢(shì)。如果出口受限，這會(huì)對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)影響很大，正負(fù)極材料都會(huì)受到影響。
中國(guó)粉體網(wǎng)：劉教授，對(duì)于目前主流的人造石墨和天然石墨負(fù)極材料，各自需要突破的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？
劉教授：天然石墨負(fù)極主要需要突破的就是循環(huán)、倍率性能。尤其是循環(huán)性能，到目前依然沒有很大的突破。這也是自2014年以來天然石墨負(fù)極材料產(chǎn)量增加乏力、市場(chǎng)占比逐年下降的原因之一。
人造石墨負(fù)極的主要問題是石墨化。石墨化是人造石墨負(fù)極材料生產(chǎn)成本最高的工序，占人造石墨負(fù)極材料生產(chǎn)成本的50-55%，因此也成為目前降低石墨負(fù)極材料生產(chǎn)成本的主攻目標(biāo)。
經(jīng)過多年的努力，石墨化的成本在下降。但依然是高能耗、高溫的過程。其中高溫對(duì)設(shè)備也提出了苛刻的要求。所以企業(yè)也在研究開發(fā)降低原材料的成本，降低石墨化的溫度；在裝備上，提高整爐產(chǎn)品的均勻性，進(jìn)行連續(xù)化石墨提純，包括前段連續(xù)炭化、連續(xù)造粒，實(shí)現(xiàn)整個(gè)負(fù)極材料制造的純連續(xù)，以此降低生產(chǎn)成本及環(huán)境污染。
需要注意的是，高溫預(yù)炭化與石墨化聯(lián)動(dòng)可降低綜合成本。但企業(yè)要注意市場(chǎng)的變化，對(duì)于不具備一定實(shí)力企業(yè)不要輕易去擴(kuò)產(chǎn)。
中國(guó)粉體網(wǎng)：劉教授，您如何看待石墨負(fù)極材料的發(fā)展趨勢(shì)？
劉教授：石墨負(fù)極材料有很多的優(yōu)點(diǎn)，綜合性能是最好的，成本也是最低的。其他負(fù)極材料，比如硅碳，還是有降本的空間的。但從現(xiàn)在的工藝路線來看，降到石墨的成本還是有難度的。所以說石墨負(fù)極還是有成本優(yōu)勢(shì)、性能優(yōu)勢(shì)的。
目前主要的問題是容量。鋰離子插入石墨層間形成LiC6的理論容量為372mAh/g，這一理論值既為石墨負(fù)極材料的發(fā)展指明了方向，同時(shí)也給石墨負(fù)極材料容量的進(jìn)一步提升設(shè)置了“天花板”。
對(duì)于容量，可以進(jìn)行高容量負(fù)極材料與石墨負(fù)極材料的復(fù)合來提高。所以，我覺得未來石墨負(fù)極不會(huì)沒有它的市場(chǎng)，它的占比仍然會(huì)比較大。
中國(guó)粉體網(wǎng)：劉教授，最后請(qǐng)您分享一下您近年來的研究成果以及成果轉(zhuǎn)化方面的進(jìn)展情況？
劉教授：有關(guān)成果在報(bào)告中也提到一些，包括高容量、高倍率的工作，以及天然石墨與硬碳復(fù)合的工作。硬碳具有高于石墨負(fù)極材料的倍率性能，超細(xì)石墨與硬碳復(fù)合可以獲得高倍率性能的負(fù)極材料。
最近一段時(shí)間我特別關(guān)注的是均質(zhì)化的石墨負(fù)極。經(jīng)過一定發(fā)展歷程，理想的狀態(tài)就是每個(gè)顆粒的性能都是極一致的，盡可能減少每個(gè)顆粒間的性能差異。也就是從以前的摻混產(chǎn)品逐漸變成單一的產(chǎn)品。單一產(chǎn)品的綜合性能或者某一性能我要求是可調(diào)控的，但同時(shí)又非常穩(wěn)定。這樣對(duì)于未來安全性、電池設(shè)計(jì)、使用過程中可控性等都是比較好的。通過一定控制，做出理想的負(fù)極材料。當(dāng)然，這一想法也要經(jīng)過市場(chǎng)的驗(yàn)證。
結(jié)語
劉教授在報(bào)告中提到未來5-10年內(nèi)鋰離子電池負(fù)極材料仍會(huì)以石墨為主，產(chǎn)能快速擴(kuò)張的可能仍存在，但更可能出現(xiàn)的是殘酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，無研發(fā)團(tuán)隊(duì)的企業(yè)將面臨較大的危機(jī)。同時(shí)，石墨負(fù)極材料綜合性能提高的難度增大，企業(yè)應(yīng)更多關(guān)注特色產(chǎn)品的開發(fā)，從“高快長(zhǎng)低均”的角度發(fā)展新產(chǎn)品，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
（中國(guó)粉體網(wǎng)采訪/黑金 、文字整理/黑金）
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