探索锂电池高性能负极最新技术，引领未来电池发展
本次报告的重点：
本报告讨论了主要锂离⼦电池⾏业参与者为合成⽤于液态、半固态和固态电解质电池的⾼能负极材料和相应电极⽽采取的不同技术决策。⽤于准备本次报告的⽅法是基于对全球专利申请的机器学习⽀持分析，并补充了从新闻发布和关键电池会议中获得的信息。
该报告⽀持锂离⼦电池社区了解已评估的不同技术途径（决策树）。了解⾼能负极最先进技术有助于确定尚未探索的有前景的产品开发和商业化⽅向。
主要参与者的专利按以下类别分类： A) 化学成分；B)粒⼦纳⽶和微结构、复合材料；C) 表⾯和 涂层；D) ⼤规模制造，可靠性；E) 负极配⽅（⽤于液体电解质）；F) 固态或半固态锂离⼦电池的活性材料。
⽤于准备本次报告的机器学习模型，⽤户也可以在b-science.net量身定制的专利检索（商业相关性评分）⾥找到。
锂离⼦电池的不同组件如图所示。每个电池单元包含⼀个负电极或阳极、⼀个正电极或阴极，以及⼀个将这两个电极分开的锂离⼦导电、电隔离区域，该区域由⼀个浸有液体、锂离⼦导电电解质的多孔隔膜组成，或者固态电解质层。
负极由涂有负极活性材料颗粒层的集流体（通常基于铜）组成，还包括（在⼤多数情况下）导电碳添加剂和粘合剂（在某些情况下碳化）。
根据专利申请，多家公司采⽤的有趣⽅法是在负极和正极中部署固态电解质基质，以防⽌液体电解质和电极活性材料之间的接触（防⽌过度反应，尤其是在⾼温下），⽽液体电解质填充的隔膜仍然可以确保有利的Li-电极之间的离⼦电导率。
长期以来，⼈造石墨和天然石墨⼀直是首选的负极材料，因为：
•石墨具有340-370 mAh/g的⾼可逆容量（相⽐之下，NMC/NCA正极材料的容量约为200 mAh/g）。
•锂化石墨的电位⾮常低，0Vvs. Li+/Li。
•石墨表现出⾼库仑效率，尤其是具有低BET SSA (1.5-3 m2/g) 的碳涂层石墨（沥⻘或CVD）。
•石墨与液体电解质形成稳定的SEI（固态电解质界⾯）层。
•Li嵌⼊⽯墨中仅发⽣约10%的体积变化，没有拓扑重排。
•以可接受的成本⼤规模制造⽯墨是可⾏的（由OneD Battery Sciences做的调查：⽯墨活性材料的成本为8.9美元/公⽄，换算成每千瓦时6.85美元的成本）。
对锂离⼦电池（包括电动汽⻋领域）半固态和固态电解质的热切开发和商业化努⼒,可能会在未来5-10年内推动富硅（>1,000 mAh/g容量）负极的⼤规模应⽤，特别是如果⽆法快速解决与锂⾦属负极中锂枝晶形成（短路⻛险）相关的持续挑战。在液体电解质电池中，在可预⻅的未来，⽯墨可能会与SiOX（X≈1,5-12质量%）⼀起成为⼤规模应⽤中的主要活性材料成分。出于成本 原因，液体电解质电池中的富硅负极主要⽤于利基应⽤（⽆⼈驾驶和载⼈航空运输、可穿戴设备）。
高能负极技术决策树
下⾯的技术决策树不应被认为是全⾯的，因为⼤部分仅涵盖最近公布的专利家族，但希望作为新 发明的灵感来源和识别“未充分探索”的技术⽅法。与 2020版报告相⽐添加/更改的部分以红⾊显 示。可以查阅 2020 年和 2019 年的先前报告以获得更⼴泛的发布时间框架。
下图：决策树-SiOX (X≈1)（合成过程）
⽓淬基SiOX制造业（⻉特瑞,⼤洲电⼦材料,信越,昭和电⼯) 和球磨 (⻉特瑞,⽐亚迪,MG创新,松下,杉杉,昭和电⼯,紫宸)/研磨(松下)两者都继续受到热烈追捧。主要参与者同时采⽤这两种⽅法（⻉特瑞,昭和电⼯）。可以假设，与真空⽓体淬⽕⼯艺相⽐，⼤规模球磨/研磨⼯艺的成本较低（没有真空，可能能量输⼊较低，尽管⾼冲击球磨/研磨也可能消耗⼤量能量）。这种可能的⼯艺成本差异似乎只导致了有限的竞争压⼒，⾄少在专利申请优先权⽅⾯，这可能是因为⽓淬⼯艺允许精确、⾃下⽽上制备Si纳⽶域，在SiO2基体中分布更均匀。⾃上⽽下的⽅法，以及通过在淬⽕步骤之前将异质元素和锂引⼊⽓相来均匀分布异质元素和锂的可能性。最近，从TEOS液相合成SiOX 似乎被视为不太有吸引⼒的⼯艺选择，可能是出于成本竞争⼒的原因(TEOS 的合成通过四氯化硅发⽣,它⼜是由硅和氯⽓产⽣的）。
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固态锂离子电池（PDF，295页）
高容量负极材料（PDF，223页）
高容量正极材料（PDF，180页）
燃料电池和电解槽（预售，预览版）
