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。2023年10月25日到26日，第二屆先進負極材料技術與產業高峰論壇在廣東東莞隆重召開，會議期間，我們邀請到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中國科學院山西煤炭化學研究所蘇方遠研究員的專訪。
中國粉體網：鋰離子電池和鋰離子電容器、超級電容器三者之間的區別是什么？
蘇研究員：超級電容器它其實和我們理解的那種物理電容器非常相近，我們從初中的時候就了解過電容器，它就靠存儲靜電，而超級電容器其實是相當于把物理電容器的面積增大了，并且靠離子進行的靜電的存儲。
但是鋰離子電池，它是靠存儲鋰離子，把鋰離子插到材料里面去。超級電容器可以說是一個表面的能量的存儲，而鋰離子電池是一個體相的存儲，因此鋰離子電池存的電就會比較多，也就是能量密度非常地高，超級電容器它存的電比較少，能量密度比較低，但是超級電容器有個優勢，就是可以實現快充快放，可以實現秒級的充放電，所以功率性能非常好，但是鋰離子電池它充電速度現在最快也需要十幾二十分鐘，它不可能實現秒級，所以這是它們二者的區別。
而鋰離子電容器，我們可以想象其屬于它們兩者之間的這樣一個東西，它既有超級電容器的快充快放的能力，同時又有鋰離子電池比較高的能量密度，但是它的能量密度和功率密度都是屬于二者之間的一個水平，相當于彌補了這樣一個鴻溝。
在應用方面，鋰離子電池用得最多的場景比如說我們的手機、電腦的電池。超級電容器它應用于能夠快充快放的一些場景，比如說爆發式的場景里面，像在軍用或者航天里面會用得比較多一些，它可以快速地把能量給釋放出來，還有它的壽命會非常得長，有幾十萬次甚至上百萬次的循環，可以用在軌道交通和能量回收領域。但是鋰離子電容器，它性能上有二者的優勢，但是也有二者的缺點，所以它在超級電容器能用的場合，也有它的一席之地，然后目前也在逐漸地向鋰離子電池所用的領域發展，比如說電動公交車，還有一些電動工具都有應用的可能性。
中國粉體網：鈉離子電池的產業化前景您是如何看待的？目前制約鈉離子電池大規模產業化的主要因素有哪些？
蘇研究員：大家對鈉離子電池的科學研究其實已經有很長時間了，甚至可以說它和鋰離子電池基本上是同時起步的。長期以來鋰離子電池比鈉離子電池走得比較快，但是現在為什么鈉離子電池突然火起來了？
第一個最大的原因就是鋰資源的問題，因為全球鋰資源不夠用，尤其我國的鋰資源更少，正是由于鋰資源的限制，所以大家又尋求一種新的解決方案，看能不能再把鈉利用起來。目前大家對鈉離子電池的期望還是非常高的。
再一個原因就是它的前景，它應用的場景非常多，比如說大規模儲能，這個市場大家在測算之后發現，目前的鋰是不夠用的，所以就更加堅定了大家對鈉離子電池開發的信心。
然后從技術上來講，鈉離子電池其實在生產工藝上和鋰離子電池沒有太大的區別，甚至基本上就可以拿我們鋰離子電池的生產線來生產鈉離子電池。所以對于電池廠家來講，它不會涉及到產線的調整，或者說一些升級改造的問題。
還有一個優勢就是我們的鋰離子電池負極要用銅來做集流體，但是鈉離子電池用鋁就可以了，對于鈉離子電池來講，它的正極和負極都可以用鋁來做集流體，一個是可以降低它的生產成本，因為鋁相對要便宜一些，再一個就是生產工藝上更加方便，不需要再改來改去。
所以鈉離子電池的前景，一個是在于它的市場需求，一個是在于鈉資源的豐富，還有就是它的生產工藝不用進行大規模的調整，所以這個技術是可行的，而且前景也確實非常看好，但是目前的現實還沒有想象中的那么樂觀。
其中一個很大的問題就是鈉離子電池材料的產業鏈還沒有完全地建立起來，雖然說電池生產工藝都是完全相通的，但是在做它的電極材料的時候是完全不一樣的，因為畢竟是鋰的化合物和鈉的化合物，這兩種還是有區別的。
像正極材料，我們可以借鑒鋰電池正極材料的那些結構，比如說磷酸鹽類、層狀氧化物類等發展得還比較快一些。但是對于鈉電負極，像鋰離子電池用的石墨，鈉離子電池是不能用的，所以就需要去開發一種新的負極材料，也就是我們經常說的硬炭材料，鈉離子電池必須要在硬炭里面才能夠去存儲，才能作為鈉離子電池的負極材料。
但是硬炭材料目前還是不夠成熟的，目前只有日本可樂麗公司能提供商業化的硬炭，但是價格非常得貴，而且產量也不多，應用于大規模儲能的話也是不夠用的，所以咱們國內的一些企業，包括我們山西煤化所在內也在致力于鈉離子電池硬炭負極的產業化，來助力我國鈉離子電池真正實現應用突破。鈉電產業鏈上主要是負極還沒有突破和產業化，導致了我們現在鈉離子電池的大規模應用還是受到一定的限制。
中國粉體網：新型電化學儲能器件中，哪些材料屬于研究的熱點？
蘇研究員：像剛才說的硬炭，就是一個非常熱的點，不論是學術界還是產業界都在研究它。學術界在研究到底需要什么樣結構的炭，能夠把我們的鈉離子電池能量密度和循環壽命提升起來，然后產業界正在考慮如何實現千噸級的放大，包括從小試中試到工業化放大。
除了硬炭，在鋰電里面還有一個比較重要的材料就是硅碳，對于硅碳材料大家都比較熟悉，但是因為它的循環問題一直沒有得到很好的解決，所以目前可能僅是應用于對循環壽命沒那么高的要求的領域，像手機電池這種電子產品或者一些比較小的電動工具里面。但是在電動汽車或者大規模儲能這種要求幾千次循環的領域，目前還沒有很好地實現應用。所以大家也是一直在努力去改善硅碳的循環壽命，尤其是近期可能有了一定的突破了，然后更多的人又進來這個領域繼續去改善它的循環性。
中國粉體網：圍繞儲能炭材料方面的研究，您和您的團隊有哪些創新的亮點？
蘇研究員：首先，我們認為對于一款材料的研究，團隊是非常重要的，需要組建一個非常可靠的團隊。但這個團隊的組成與人員的配置上，其實是需要很多的設計的。比如說如果大家全都去搞學術研究，可能就會認知特別片面，一直在糾纏著一些很細小的問題。但是如果大家都去搞工程化，可能又會涉及到對很多東西認知不清楚。還有一個很可怕的問題，就是如果大家都在做技術開發，對需求并不了解，那也不知道方向在哪里。
所以我們團隊是一個多元化的團隊，我們有老師帶著很多研究生從事一些基礎的研發工作，另外還有很多的高級工程師帶著工程師從事技術開發以及工程放大這方面工作。還有一部分人員是我們的市場需求開發人員，就是去跟用戶溝通，或者去對接一些行業的咨詢研究，找到真正的需求痛點。再一個就是我們的質量管理團隊，保證我們的材料開發過程中的質量的管控。雖然我們是來自一個研究所的團隊，但是其實是更好地發揮了研究所的優勢，充分結合了高校與公司的運作模式。我覺得這是我們團隊方面一個很大的亮點。
目前我們主要是在進行硬炭材料的開發工作，在我們團隊的協同努力下，經過了數年時間的技術攻關，加上前期在炭材料方面的很好的積累，我們現在開發的硬炭材料現在已經進行千噸級的工業示范線的建設，預計今年年底能夠建成，然后進行聯動調試。
關于產品的性能，在和下游客戶對接的過程中，大家普遍認為我們的產品基本上處于國內前列的位置，而且在儲能領域有很好的應用前景，完全可以與國外的同類型的產品同臺競技。
我們之所以能取得這些成績，其中一個主要原因是取決于我們團隊的特點，再一個就是基于我們對炭材料的比較深入的認識。
中國粉體網：請介紹一下您團隊科研成果轉化的進展情況。
蘇研究員：目前團隊正進行硬炭材料的技術轉化，成立了國科炭美新材料(湖州)有限公司。這個公司是去年12月份成立的，成立之后進展非常得快，現在已經基本上快要完成了千噸級的產線建設，預計春節期間就能進行聯動調試。
同時，我們現在也組建了團隊，除了我們煤化所的兼職人員之外，然后從公司的層面上也招聘了很多比如說財務、銷售、管理這方面的團隊，所以進展還是非常快的。剛剛得到消息，公司又完成了數千萬元的天使輪的投資，為下一步的發展提供了資金和保證。
（中國粉體網采訪、編輯/平安；經蘇研究員審閱）
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