“炙手可热”的负极材料

01.

通常我们将二次电池的四大要素分为正极材料、负极材料、隔膜、电解质。其中，正极材料、负极材料和隔膜决定了二次电池的整体性能，因此可以说是电池的关键材料。

在市场上常见的二次电池中，具有代表性的锂离子电池主要通过将锂离子在正极和负极之间的移动所产生的化学反应转化为电能。如果说正极材料是决定锂离子电池电压和容量的主要因素，那么负极材料则是锂离子电池在充电过程中锂离子和电子的载体，起着能量的储存与释放的作用。

像这样储存锂离子的负极材料会对电池的充电速度和寿命产生巨大影响。可以毫不夸张地说电池的性能会根据负极材料的性能而发生变化。再加上最近正极材料的技术路线开发接近极限，负极材料技术的开发成为了谋求进一步提升锂离子电池性能的关键要素。

02.

在电池的正极和负极进行成流反应的物质统称为活性物质。负极材料中的活性物质，即“负极活性物质”的典型代表是在价格和稳定性方面具有明显优势的石墨。目前石墨类的负极材料为主流，主要分为人造石墨和天然石墨。

首先，由于天然石墨利用了天然资源，生产成本较低，容量也比较大。当电池充电时，锂离子通过电解液从正极移动至负极，并嵌入在石墨层中，石墨体积会随之膨胀，诱发电池结构发生变化，进而造成了较大的容量损失和循环性能的恶化。

为改善这一短板进而出现的是人造石墨。人造石墨虽然拥有充电速度快、输出能力较强的优点，但由于需要人工制造，所以生产费用高，容量小。

随着电动汽车性能的提高，硅材料被认为是电动汽车行业的新一代负极材料。根据QYResearch在《2027年全球负极材料市场展望》中预测，人造石墨约为244万吨，占整体负极材料市场的77%(317吨)，其比重具有压倒性的优势。此外，还随着天然石墨市场占比减少，硅材料将代替石墨的位置。

在过去的2020年，硅材料为6千吨，仅占负极材料市场的1.2%，但是预计到2027年将增加至约32万吨，占10.1%。不仅如此，从2020年至2027年，以硅为基础的负极材料年均增长率为76.6%，这与其他负极活性物质相比，呈现出快速增长趋势。

硅材料之所以受到关注，是因为其能量密度比石墨系负极材料高出约10倍，增加电池容量的同时，还可以缩短充电速度。以构成石墨的碳材料为例，锂离子在石墨中的存在形态是LiC6，6个碳原子可以结合1个锂离子。但是硅与锂离子的结合是5个硅原子结合22个锂离子。这就意味着电池的硅含量越高，电池容量和充电速度就越好。

但是硅基负极材料在充放电过程中具有体积容易膨胀的特性，因此盲目提高其比率是不合理的。目前石墨系负极材料中可添加的硅含量最高比重为5%至10%。如何做到增加硅含量的同时提高稳定性，这是今后持续研究的课题。

03.

此前，SK On为在全球负极材料市场创造新的机会，与拥有天然石墨环保加工技术的美国原材料企业Urbix签订了电池负极材料共同开发协议(joint development agreement, JDA)，进一步加强北美的供应网络。

通过签署此次协议，SK On和Urbix计划研发专用于电池的环保高性能负极材料。根据协议，以Urbix精炼的石墨为基础，将负极材料应用到SK On正在开发的电池上，并共同研究和改善其性能。值得一提的是，Urbix在石墨精炼过程中，不使用氢氟酸、氯化氢，并且可回收利用70%的化学物质，因此有助于提升SK On的ESG竞争力。

此外，SK On为了保障负极材料的稳定供应，致力于打造多元化的供应网。于2022年7月，SK On与澳大利亚企业Syrah签署了供应天然石墨的谅解备忘录，为探索负极材料市场的新机会奠定了基础。

不仅如此，SK On还以大田新一代电池研究所为核心，独自研发硫化物系、氧化物系、高分子系等电解质以及高容量、高效率的硅负极材料、锂金属负极材料等。研究所的主要研究课题是通过电解质和正极核心材料的合成设计，开发全固态电池材料和可延长电池寿命的锂保护层材料等。

值得一提的是，目前研究所正在研究的锂金属负极材料理论上达到比石墨、硅材料高出10倍的能量密度，有望尽早研发出一种可实现1/4轻量化的新一代充电电池所需的核心材料。从环保负极材料到高容量、高效率的负极材料，未来SK On将在全球负极材料市场持续创造新的足迹、新的价值。