文/桃李

電池其實大家都很熟悉的，日常的很多電子設備都會用到它，你或許不知道電池的内部長什麼樣，也許不知道電池工作的原理，但是一定知道電池有正極和負極之分，使用時如果将正極和負極的位置放錯了，電子設備就不能正常的工作，這一點在新能源電動汽車上也是也有的。

上次我們說到過動力電池的正極部分，它是電池中最重要的一個部分，其成本占單個電池總成本的50%以上。相比較而言，電池的負極似乎不太被注意到，在成本上，它隻占單個電池總成本的5%—15%，那麼與正極相對的負極在電池中有什麼用呢？它真的沒有正極重要嗎？

首先我們可以明确地說，電池的負極與正極一樣重要，成本上的差異主要是因為材料的不同導緻的，這并不能作為衡量正負極重要程度的标準。锂電池的負極是由活性物質、粘合劑和添加劑混合制成糊狀均勻塗抹在銅箔兩側，經幹燥、滾壓而成。在電池充放電過程中，負極材料作為锂離子和電子的載體，起着能量的儲存與釋放的作用。

這裡我們簡單說明一下電池的正負極如何工作。當對電池進行充電時，電池的正極上有锂離子生成，生成的锂離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，達到負極的锂離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的锂離子越多，充電容量越高。同樣，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的锂離子脫出，又運動回正極。回正極的锂離子越多，放電容量越高。

關于負極材料的選擇，需要滿足以下的要求，比如在基體中大量的锂能夠發生可逆插入和脫嵌以得到高容量，而在插入/脫嵌過程中，負極主體結構沒有或很少發生變化；另外主體材料具有良好的表面結構，能夠與液體電解質形成良好的SEI，并且插入化合物在整個電壓範圍内具有良好的化學穩定性，在形成SEI後不與電解質等發生反應等。

目前負極材料主要可以分為兩大類，一類是以石墨為代表的碳素材料，另一類則是以矽基材料為代表的非碳負極材料，之所以說它們倆是代表，原因在于前者是當前負極材料的主流選擇，而後者是負極材料未來發展的一個重要方向，兩種材料各有優劣。

石墨類負極材料的工藝較為成熟，其理論容量為372mAh/g，而且其來源豐富，具有綜合性能較好、性價比高等優勢，是當前動力電池市場的普遍選擇。石墨分為天然石墨和人造石墨，在不斷地競争中，人造石墨由于優異的性能，在加工過程中可提高和增加锂離子電池的快充性能和循環壽命，近年來逐漸成為負極材料市場主流。2021年上半年，人造石墨出貨量達到28.5萬噸，占負極材料總量的84.9%。

不過石墨的缺點也很多，比如克容量較低，不太能滿足動力電池的需求，而且如果純度不夠，副反應較多。其次層狀結構穩定性有待提高，倍率性能不好，充放電平台過低。

相比于石墨，作為新型負極材料，矽基負極最大的優勢在于擁有更高的能量密度上限，矽基負極材料中的矽和锂發生合金化反應，最大克容量為4200毫安/克，是石墨的10倍以上。而這與廣大車企追求更高能量、更大續航裡程的目标相符合，是目前研究的一個重點方向。

目前矽基負極材料的主要缺陷在于成本較高，另外其體積膨脹可達300%，這不僅僅會導緻Si負極的顆粒破碎，還會破壞電極的導電網絡和粘接劑網絡，導緻活性物質損失，從而嚴重影響矽負極材料的循環性能，這些都是制約其市場需求上升的重要因素。不過随着研究的進一步深入，以及技術水平的提高，未來應該會有更大的發展空間。

總結：

負極材料作為锂離子電池的四大關鍵技術之一，它與正極材料有着同樣重要的作用，包括動力電池的每一個部分其實都是有其存在的作用的，我們不能單從其成本占比來考慮。