【环时深度：日本官宣“排污入海”一年，仍不悔改！】#日本官宣排污入海一年# “日本应担负起国际责任”“太平洋不是放射性污染水的倾倒池”……日本民间和国际社会对日本政府的不满正达到一个高潮。4月13日，是日本无视国内外的质疑与反对，宣布将福岛核电站核污染水排放入海的决定满一周年的日子。在日本官宣“排污入海”决定的这一年里，日本民众打出标语“海洋在哭泣、鱼类在哭泣、地球在哭泣”进行抗议，旅居法国、越南等国的日本民众也走上街头支持国内的正义声音。令人气愤的是，当中韩等国的抗议声浪愈发高涨时，美国仍在纵容日本政府的恶行。#日本官宣将福岛核电站核污染水排放入海一周年#
日本政府“一错再错”
出生在广岛的日本现任首相岸田文雄一再强调“饱受核危害”，却丝毫没有推翻前任菅义伟内阁排污入海决定的打算。去年年底，岸田组阁没多久，日本东京电力公司便向日本原子能规制委员会提交相关文件，为核污染水排海做准备。据日本《产经新闻》透露，东京电力公司已确认排放方针，预计本月中旬开始着手海底管道放水口的修建工作。至此，岸田内阁决定“一错再错”的做法已昭然若揭。
“日本或加快核污染水排海进程。”大连海事大学法学院教授、黄渤海研究院院长张晏瑲告诉《环球时报》记者，“用于排海的管道一旦完工，倘若日方自认为‘安全无忧’，则可能随时排放。而且，考虑到地震可能会引起管道破裂、储水槽损坏等情况，日本更有可能加速行动”。他表示，福岛核污染水一旦排海，洋流流经的俄罗斯、加拿大、美国、一些太平洋岛国以及菲律宾等国都会受到影响。这些核污染水还会流经台湾岛和钓鱼岛，最后经过冲绳，回到日本。张晏瑲强调说：“我们呼吁日方公开信息，要求日方组织相关专家赴日调研，根据海底管道的修建速度，以便判断日本是否会提前排核污染水。”
宁波大学东海战略研究院特聘研究员郁志荣告诉《环球时报》记者，国际社会谴责日本将核污染水排海的做法主要有“五大理由”：一是水中含有的放射性物质总量不明；二是日方从未讨论或考虑替代办法；三是日本政府此举违背最初对渔业界的承诺；四是日方决策过程不民主；五是缺少公开透明的讨论。
众所周知，日本福岛核电站核泄漏事故已对附近地区和其海域造成极大危害，媒体曝光的农作物和海洋生物死亡、变异、畸形等事件，让诸多国家停止进口其农产品和水产品。从去年年底至今，媒体多次报道在福岛海域捕捞的黑鲉体内铯含量严重超标，有的竟然“是日本相关标准的14倍”，因此被禁止上市出售。
国际环保组织绿色和平日本办公室的资深核专家肖恩·伯尼告诉《环球时报》记者，福岛第一核电站的根本性问题在灾难发生11年后仍未解决，也没有制定明确的解决目标或正确的行动计划。东京电力公司和日本政府将福岛第一核电站核污染水排放至太平洋的决定，不仅不会解决当前危机，还有可能带来更多、更危险的核污染水和核废料。肖恩·伯尼称，处理核污染水并非只有将其排入海洋的“唯一选项”。日本政府此前承认，福岛第一核电站场址以及福岛县周边地区有足够空间建设更多核污染水储存设施。日本政府无视保护海洋环境的法律义务，作出排污入海决定，原因是认为这是最省成本的选择。
福岛渔民饱受“精神折磨”
在日本，决定将福岛核电站核污染水排放入海的两大“推手”是经济产业省和东京电力公司。4月初，日本首相岸田文雄、经济产业大臣萩生田光一与日本全国渔业联合会（全渔联）会长岸宏举行会谈。岸宏明确表示，“全渔联坚决反对将未经处理的核污染水排放入海”，政府此举根本得不到公众和全国渔民的理解。日媒分析称，全渔联过去一年强烈要求政府撤回“核污染水入海”决定的原因不仅在于对核污染水“安全性”的不信任，更在于一旦排海后，将给日渔业的口碑和销量带来负面影响，让渔民群体的收益严重受损。
除全渔联外，受核污染水排海直接影响的福岛县、宫城县的县民则是另一个抗议群体。3月底、4月初，福岛县和宫城县的民众，向经济产业省和东京电力公司递交了一份由18万人署名反对核污染水排海的请愿书。
福岛第一核电站事故发生后，本是日本“鱼米之乡”的福岛地区经济遭受沉重打击，当地渔民更是饱受“精神折磨”。《环球时报》记者曾赴福岛实地采访，当地渔民称，捕鱼不光是为了养家糊口，也是祖祖辈辈的生活方式。因担心水源含有核辐射物质，多年来很多渔民全家的生活用水一直靠矿泉水解决。
日本民间环保组织“不要再污染海洋了！市民会议”共同代表织田千代11日在接受《环球时报》记者采访时称，该组织计划4月13日举办一场全国性的抗议活动，邀请专家解释排污入海的危害，敦促政府尝试提出其他解决方案。据他介绍，在福岛县内59个市町村议会中，有七成反对排污入海的决定。织田千代说，为反对日本政府的暴政，该组织自去年6月开始，在每月的13日都会在全国各地举行抗议活动，明确表示：“家乡的海、日本的海、全世界的海，都不能再被核污染了！”
“海洋污染关乎地球的命运，绝不允许人类亲手将核污染水排放至海洋！”织田千代代表的是普通日本民众的朴素心愿，她的愿望就是“守护日常”。她表示，生长在海边的人一日三餐离不开海鲜，福岛核泄漏事故发生以来，当地渔业产量急转直下，很多福岛人吃的鱼类产自距离较远的外县。织田千代气愤地说：“当地民众对这样的生活厌恶至极，特别担心孩子吃当地食物被核辐射。我倒是很想知道，那些同意排污入海的人，到底在想些什么？他们愿意让自己的子孙后代过这样的日子吗？”
反对将福岛核污染水排海的活动不仅局限在核事故波及地区，远在静冈县的小笠原学也是众多反对者之一，他4月10日刚在静冈车站组织了“守护大海和生命——反对核污染水排海行动”。在小笠原学发来的视频和图片中，《环球时报》记者看到，抗议者中男女老少都有，他们手持象征海洋的蓝色气球，抗议政府违反承诺，一意孤行地加快核污染水排海。他还提到一件让他们难以忍受的事情——日本政府向全国中小学生派发传单，大力宣传经过稀释的核污染水“安全”。
小笠原学说：“日本政府用纳税人的钱进行美化宣传，向孩子们释放错误信息，这种行径十分恶劣。”他希望国际社会行动起来，共同阻止日本政府酿成大错。
美国纵容就是自欺欺人
日本政府宣布排污入海决定，引发中国、韩国等国的指责和抗议。但长期自诩为“负责任大国”的美国却颠倒黑白，不负责任地表示，“在独特和困难的情况下，日本保持了透明度，并采用了符合全球核安全标准的方法”。对此，一位不愿透露姓名的日本媒体同行告诉《环球时报》特约记者：“美国认为日本核污染水入海后，污染物很难随着洋流流向美国近海，即使流入也会被海洋极大稀释，因此不会直接影响美国的利益和国民安全。此外，美国也有将核污染水排入大洋的黑历史，如果在这一问题上过度批评日本，将引火烧身。”
在辽宁大学日本研究中心客座研究员陈洋看来，日本是美国的盟友，美国在政治、经济等很多领域的态度，都会直接或间接影响日本政府的决策。正是因为美国的默许和纵容，才使日本敢无视周边国家和地区的强烈反对，一步步推进核污染水的排海进程。
“海洋具有流动性，污染物扩散范围广，可涉及全球海洋各个角落。在2023年春季日本政府实施排污入海前，我们必须呼吁所有国家联合起来，阻止这一危险计划。”郁志荣告诉《环球时报》记者，排放的核污染物质毒性重，衰变期长，一旦引发人类病患就是不可逆的，势必会危害子孙后代。他还表示，所谓“污染物经过处理或被稀释”之说其实就是自欺欺人。（《环球时报》4月13日7版文章，作者 邢晓婧 赵 羽）
日本政府“一错再错”
出生在广岛的日本现任首相岸田文雄一再强调“饱受核危害”，却丝毫没有推翻前任菅义伟内阁排污入海决定的打算。去年年底，岸田组阁没多久，日本东京电力公司便向日本原子能规制委员会提交相关文件，为核污染水排海做准备。据日本《产经新闻》透露，东京电力公司已确认排放方针，预计本月中旬开始着手海底管道放水口的修建工作。至此，岸田内阁决定“一错再错”的做法已昭然若揭。
“日本或加快核污染水排海进程。”大连海事大学法学院教授、黄渤海研究院院长张晏瑲告诉《环球时报》记者，“用于排海的管道一旦完工，倘若日方自认为‘安全无忧’，则可能随时排放。而且，考虑到地震可能会引起管道破裂、储水槽损坏等情况，日本更有可能加速行动”。他表示，福岛核污染水一旦排海，洋流流经的俄罗斯、加拿大、美国、一些太平洋岛国以及菲律宾等国都会受到影响。这些核污染水还会流经台湾岛和钓鱼岛，最后经过冲绳，回到日本。张晏瑲强调说：“我们呼吁日方公开信息，要求日方组织相关专家赴日调研，根据海底管道的修建速度，以便判断日本是否会提前排核污染水。”
宁波大学东海战略研究院特聘研究员郁志荣告诉《环球时报》记者，国际社会谴责日本将核污染水排海的做法主要有“五大理由”：一是水中含有的放射性物质总量不明；二是日方从未讨论或考虑替代办法；三是日本政府此举违背最初对渔业界的承诺；四是日方决策过程不民主；五是缺少公开透明的讨论。
众所周知，日本福岛核电站核泄漏事故已对附近地区和其海域造成极大危害，媒体曝光的农作物和海洋生物死亡、变异、畸形等事件，让诸多国家停止进口其农产品和水产品。从去年年底至今，媒体多次报道在福岛海域捕捞的黑鲉体内铯含量严重超标，有的竟然“是日本相关标准的14倍”，因此被禁止上市出售。
国际环保组织绿色和平日本办公室的资深核专家肖恩·伯尼告诉《环球时报》记者，福岛第一核电站的根本性问题在灾难发生11年后仍未解决，也没有制定明确的解决目标或正确的行动计划。东京电力公司和日本政府将福岛第一核电站核污染水排放至太平洋的决定，不仅不会解决当前危机，还有可能带来更多、更危险的核污染水和核废料。肖恩·伯尼称，处理核污染水并非只有将其排入海洋的“唯一选项”。日本政府此前承认，福岛第一核电站场址以及福岛县周边地区有足够空间建设更多核污染水储存设施。日本政府无视保护海洋环境的法律义务，作出排污入海决定，原因是认为这是最省成本的选择。
福岛渔民饱受“精神折磨”
在日本，决定将福岛核电站核污染水排放入海的两大“推手”是经济产业省和东京电力公司。4月初，日本首相岸田文雄、经济产业大臣萩生田光一与日本全国渔业联合会（全渔联）会长岸宏举行会谈。岸宏明确表示，“全渔联坚决反对将未经处理的核污染水排放入海”，政府此举根本得不到公众和全国渔民的理解。日媒分析称，全渔联过去一年强烈要求政府撤回“核污染水入海”决定的原因不仅在于对核污染水“安全性”的不信任，更在于一旦排海后，将给日渔业的口碑和销量带来负面影响，让渔民群体的收益严重受损。
除全渔联外，受核污染水排海直接影响的福岛县、宫城县的县民则是另一个抗议群体。3月底、4月初，福岛县和宫城县的民众，向经济产业省和东京电力公司递交了一份由18万人署名反对核污染水排海的请愿书。
福岛第一核电站事故发生后，本是日本“鱼米之乡”的福岛地区经济遭受沉重打击，当地渔民更是饱受“精神折磨”。《环球时报》记者曾赴福岛实地采访，当地渔民称，捕鱼不光是为了养家糊口，也是祖祖辈辈的生活方式。因担心水源含有核辐射物质，多年来很多渔民全家的生活用水一直靠矿泉水解决。
日本民间环保组织“不要再污染海洋了！市民会议”共同代表织田千代11日在接受《环球时报》记者采访时称，该组织计划4月13日举办一场全国性的抗议活动，邀请专家解释排污入海的危害，敦促政府尝试提出其他解决方案。据他介绍，在福岛县内59个市町村议会中，有七成反对排污入海的决定。织田千代说，为反对日本政府的暴政，该组织自去年6月开始，在每月的13日都会在全国各地举行抗议活动，明确表示：“家乡的海、日本的海、全世界的海，都不能再被核污染了！”
“海洋污染关乎地球的命运，绝不允许人类亲手将核污染水排放至海洋！”织田千代代表的是普通日本民众的朴素心愿，她的愿望就是“守护日常”。她表示，生长在海边的人一日三餐离不开海鲜，福岛核泄漏事故发生以来，当地渔业产量急转直下，很多福岛人吃的鱼类产自距离较远的外县。织田千代气愤地说：“当地民众对这样的生活厌恶至极，特别担心孩子吃当地食物被核辐射。我倒是很想知道，那些同意排污入海的人，到底在想些什么？他们愿意让自己的子孙后代过这样的日子吗？”
反对将福岛核污染水排海的活动不仅局限在核事故波及地区，远在静冈县的小笠原学也是众多反对者之一，他4月10日刚在静冈车站组织了“守护大海和生命——反对核污染水排海行动”。在小笠原学发来的视频和图片中，《环球时报》记者看到，抗议者中男女老少都有，他们手持象征海洋的蓝色气球，抗议政府违反承诺，一意孤行地加快核污染水排海。他还提到一件让他们难以忍受的事情——日本政府向全国中小学生派发传单，大力宣传经过稀释的核污染水“安全”。
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成都周边亲子游酒店|周末节假日必打卡
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负极突破主基调：研制更高比容低成本的材料
负极的格局相比正极的格局更加清晰，传统的石墨负极仍然是主流的应用产品。但是更高比 容负极的开发对于未来先进电池体系的推进仍然是有必要的，硅基负极、金属锂负极是研发 的热点。总体来说，负极的开发方向是低成本、高比容。
我们认为，碳材料无论是当下还是未来，仍然是重要的负极基体，在实现更高比容负极的过 渡阶段，碳材料的加入不仅能够起到提升导电性的作用，也是重要的承载物质。在中期的产 业应用上，硅基负极则具备较大的推广可能性，特斯拉的硅碳负极已经实现商用，但并非完 全的硅负极，为将硅的性能更完全的释放，仍然需要通过材料改性等手段持续开发；长期来 看，金属锂负极因高比容低电位而具有应用潜力，但是在动力领域所面临的困难需要较长时 间来解决，如锂枝晶带来的安全风险等，因此金属锂负极可能中短期在无人机等细分领域进 行推广商用，在渐进式的演进前提下，在车用动力领域预计还需 5-10 年的产业化过程。
负极当下格局：碳基是商用主流，钛酸锂因高安全应用于细分领域
负极是储锂的主体，其中碳材料是负极商业化应用中的首选与主流。锂二次电池负极材料在 充放电过程中实现锂离子的脱嵌，选用时遵循比容高、电势低、循环性能好、兼容性强、稳 定性好与价格低廉等原则。理论上，金属锂因低电势和高比容是理想的负极，但活性锂与锂 枝晶等带来的安全问题阻碍其发展。碳材料因价格低廉、为层状晶体带来较高比容量（LiC6 理论比容为 372mAh/g）、循环性及安全性好，取代金属锂作负极，推动锂二次电池商业化。
碳基材料种类繁多，当下负极材料中人造石墨和天然石墨是主流产品。若按照结构划分锂离 子电池碳材料，包括石墨、非石墨与掺杂型碳，石墨类又可分为天然石墨、人工石墨、中间 相碳微球等。天然石墨成本低、技术成熟度高，但首效较低、倍率性能较差，主要用于消费 类电池。人造石墨则一般采用致密的石油焦或针状焦作前驱体制成，避免天然石墨的表面缺 陷，首次效率与倍率性能提升，因此在动力领域份额不断扩大。据 GGII，2020 年中国锂电 池负极材料出货量 36.5 万吨，同比稳健增长，其中人造石墨占比 84%，份额逐年提升。
石墨类产品应用中存在缺陷，通过改性来提高产品性能。如天然石墨存在表面缺陷多、各向 异性容易析锂等问题：（1）针对其表面缺陷多、电解液耐受性差的问题，采用表面活性剂、 包覆等方式进行改性，提高部分性能；（2）针对其强烈各向异性的问题，工业生产中常采用 机械处理的手段对颗粒形貌进行球形化整形，处理后粒径 D50 范围 15~20μm，首效和循环 性能明显改善。人造石墨因各向异性导致倍率性能、低温性能差，充电易析锂的问题，其改 性不同于天然石墨，一般通过颗粒结构重组降低石墨晶粒取向度。
具备某方面突出性能优势的负极材料如钛酸锂，可满足特定需求，适合在部分细分领域应用。嵌锂碳材料因本身理化性质具有以下缺陷：（1）形成 SEI 膜，循环过程中造成 Li+损耗与碳 材料结构的破坏；（2）析出锂枝晶，增加安全隐患。在公共交通领域电动化进程中对安全性 的诉求落实到负极材料，需要负极电位稍正于碳、更加安全可靠。尖晶石型钛酸锂（Li4Ti5O12） 因具备突出的安全性能优势，在公共交通领域有一定应用：
“零应变材料”，结构稳定。在循环过程中，锂离子逐渐嵌入，最终形成深蓝色的岩盐相 Li7Ti5O12，晶胞参数由 0.836nm 变为 0.837nm，体积变化小于 0.2%，“零应变”下材料 结构稳定，循环性好；
嵌锂电位高，不易引起锂枝晶。钛酸锂嵌锂电位为 1.55V，高于锂离子的还原电位，因 此不易产生锂枝晶，提升安全性；
不生成 SEI 膜，再次提高安全性。因高于电解液的分解电压而不会生成 SEI 膜，没有 SEI 膜被破坏脱落的隐患；
循环过程中锂离子扩散系数也高于碳负极体系，因此是具备高循环优安全的负极材料。
钛酸锂劣势明显，克容量低、倍率性能差、成本高等问题限制更大范围的使用。（1）材料理 论克容量 175mAh/g，电压平台较低，因此比能量较低；（2）导电性能差，导致其在大电流 放电条件下极化严重，容量衰减快，倍率性能差；（3）吸湿性强，导致高温产气严重，高温 循环性能差；（4）材料制备工艺复杂，成本高，电芯成本是相同能量 LFP 电池的 3 倍以上。
钛酸锂改性方法多样，但往往无法保持综合性能，有待更深入开发。（1）改善材料形貌尺寸， 如颗粒纳米化、球化、多孔化等，缩短锂离子进出路径，提高比容量，但易造成与电解液的反应而形成 SEI 膜；（2）金属掺杂后的改性材料导电性提高，但循环稳定性可能会降低；（3） 表面改性如碳包覆技术，可以提高电子电导率，但包覆后锂离子会在脱嵌过程中受到一定阻 碍。综合看，寻找合适的离子、适当的掺杂比例、改性技术的结合是未来工作的重点。
现有负极比容已接近上限，高比容潜力负极中硅基优势显著
高比能诉求下，现有商用负极难以满足需求，需要以更高比容的材料替代。（1）市场上的高 端石墨比容可达 360-365mAh/g，已接近理论上限，而钛酸锂等本身理论比容较小，因此均 难以满足更高比能的需求。（2）商业化负极尤其是碳负极材料，因嵌锂电位低，在循环过程 中可能会形成锂枝晶而引起电池短路。需针对问题开发更高比容的新型负极材料。
在众多可选的新型负极材料中，硅基材料是较具开发潜力的类型。高比容非碳负极包括锡基、 硅基、氧化物、过渡金属氮化物以及金属锂负极等。比较理化性质，硅基具备应用优势：（1） 按照理论比容排序，硅基负极可达 4200mAh/g，而其他负极大部分在 900mAh/g 左右；（2） Si 的嵌锂电位高于碳，析锂风险小；（3）Si 与普遍应用的电解液反应活性低，嵌锂过程中不 会引起溶剂分子与 Li+共嵌入的问题；（4）Si 是地壳中第二丰富元素，价格低廉。
硅基负极的规模应用需解决体积效应等关键问题：（1）巨大的体积变化带来材料的粉化与电 极的破坏。硅与锂的合金化反应使硅发生 1-3 倍的体积膨胀，材料产生裂纹直至粉化，带来 容量的快速衰减，较大的应力下影响结构稳定性，安全风险提高；（2）体积的变化使 SE I 膜 出现破裂与生成的交替，消耗活性物质与电解液，导致电池的内阻增加和容量的迅速衰减；（3）硅的导电性差，在高倍率下不利于电池容量的有效释放。
针对硅基负极的改性研究集中在解决体积效应、维持 SEI 膜稳定和提高首效三个方面。优化的方向包括：（1）硅源的改性研究。即通过制备纳米硅、多孔硅或合金硅的方式改善电化学 性能，但同时也会面临工艺的复杂性等问题；（2）制备复合材料。如制备结构稳定的硅碳负 极，提高导电性，增强机械强度。在开发过程中，碳源选择和结构设计是造成性能差异的关 键；（3）制备氧化亚硅（SiOx）材料。作为石墨与硅的折中方案（比容 1500mAh/g 左右）， 材料体积膨胀大大减小，循环性能提升，但首效较低也限制在全电池中的应用。
硅基负极产业化持续铺开，“硅基时代”临近
硅基负极研发集中度高，中国、日本、美国和韩国为主要申请国。统计 2000-2019 年 6 月与 锂离子电池硅基负极相关的专利数量，共计 28131 件，其中中国、日本、美国、韩国分列前 4 位。但日本、韩国和美国注重海外专利布局，中国申请人主要在国内进行专利布局。
日本申请人具有一定优势，中国申请数量大，但仍需进一步发展。统计前 100 名国际申请人 的国别，日本共有 35 家，且不同排名阶段的数量都占据绝对优势，主要有松下、索尼、日立 等。韩国则主要由三星和 LG 化学申请。中美分别有 23 家和 18 家申请人进入前 100 名。在 中国国内专利申请排名前 20 的申请人中，国外申请人依然占据较大比重，尤其是日本。中 国的企业中，比亚迪、贝特瑞、ATL 和万向集团进入前 20 名。
硅基负极产业化持续铺开，推动电池产品性能提升。特斯拉已将硅碳负极应用于 Model 3， 在人造石墨中加入 10%的硅，负极容量提升至 550mAh/g，单体能量密度达 300Wh/kg；日 本 GS 汤浅公司的硅基负极已成功应用在三菱汽车上。中国方面，宁德时代、国轩高科、万 向集团、比亚迪等正在加紧硅负极体系的研发和试生产。负极企业贝特瑞已实现硅碳负极量 产并为松下配套部分材料，杉杉股份、江西紫宸等具备小量试产能力。CATL 的高镍三元+硅 碳负极电芯比能达到 304Wh/kg，力神的 NCA+硅碳负极电芯也已达到 303Wh/kg。
产业化进程中，材料成本和生产工艺是两大制约因素。尽管硅基负极材料的性能在持续提高， 但在优化材料性能之外，还要考虑到制约产业化的其他因素：（1）材料成本：各家工艺差别较大，产品尚未达到标准化，导致价格较高。此外制备过程中常用到纳米硅粉，其生产对设 备要求高、能耗大，因此增加成本；（2）生产工艺：制备工艺较为复杂，有待成熟，并且所 匹配的主辅材对负极性能发挥影响大，相应的工艺也需要进行优化改善。
广汽应用新型硅负极材料，推动续航再上台阶。2020 年 7 月 28 日，广汽集团宣布采用新型 硅负极材料的方形硬壳电芯比能达到 275Wh/kg，将使电动车续航突破 1000km。2021 年 4 月 9 日的广汽科技日再次强调长续航技术将于 2021 年量产，采用海绵硅负极片电池技术使 电芯比能超过 280Wh/kg（未来提升至 315Wh/kg），同时解决硅材料膨胀问题。这将是全球 首次将新型硅负极材料应用到大型动力电池电芯产品，使硅材料的动力领域实用化更进一步。
来源：DT新材料新材料智库
负极的格局相比正极的格局更加清晰，传统的石墨负极仍然是主流的应用产品。但是更高比 容负极的开发对于未来先进电池体系的推进仍然是有必要的，硅基负极、金属锂负极是研发 的热点。总体来说，负极的开发方向是低成本、高比容。
我们认为，碳材料无论是当下还是未来，仍然是重要的负极基体，在实现更高比容负极的过 渡阶段，碳材料的加入不仅能够起到提升导电性的作用，也是重要的承载物质。在中期的产 业应用上，硅基负极则具备较大的推广可能性，特斯拉的硅碳负极已经实现商用，但并非完 全的硅负极，为将硅的性能更完全的释放，仍然需要通过材料改性等手段持续开发；长期来 看，金属锂负极因高比容低电位而具有应用潜力，但是在动力领域所面临的困难需要较长时 间来解决，如锂枝晶带来的安全风险等，因此金属锂负极可能中短期在无人机等细分领域进 行推广商用，在渐进式的演进前提下，在车用动力领域预计还需 5-10 年的产业化过程。
负极当下格局：碳基是商用主流，钛酸锂因高安全应用于细分领域
负极是储锂的主体，其中碳材料是负极商业化应用中的首选与主流。锂二次电池负极材料在 充放电过程中实现锂离子的脱嵌，选用时遵循比容高、电势低、循环性能好、兼容性强、稳 定性好与价格低廉等原则。理论上，金属锂因低电势和高比容是理想的负极，但活性锂与锂 枝晶等带来的安全问题阻碍其发展。碳材料因价格低廉、为层状晶体带来较高比容量（LiC6 理论比容为 372mAh/g）、循环性及安全性好，取代金属锂作负极，推动锂二次电池商业化。
碳基材料种类繁多，当下负极材料中人造石墨和天然石墨是主流产品。若按照结构划分锂离 子电池碳材料，包括石墨、非石墨与掺杂型碳，石墨类又可分为天然石墨、人工石墨、中间 相碳微球等。天然石墨成本低、技术成熟度高，但首效较低、倍率性能较差，主要用于消费 类电池。人造石墨则一般采用致密的石油焦或针状焦作前驱体制成，避免天然石墨的表面缺 陷，首次效率与倍率性能提升，因此在动力领域份额不断扩大。据 GGII，2020 年中国锂电 池负极材料出货量 36.5 万吨，同比稳健增长，其中人造石墨占比 84%，份额逐年提升。
石墨类产品应用中存在缺陷，通过改性来提高产品性能。如天然石墨存在表面缺陷多、各向 异性容易析锂等问题：（1）针对其表面缺陷多、电解液耐受性差的问题，采用表面活性剂、 包覆等方式进行改性，提高部分性能；（2）针对其强烈各向异性的问题，工业生产中常采用 机械处理的手段对颗粒形貌进行球形化整形，处理后粒径 D50 范围 15~20μm，首效和循环 性能明显改善。人造石墨因各向异性导致倍率性能、低温性能差，充电易析锂的问题，其改 性不同于天然石墨，一般通过颗粒结构重组降低石墨晶粒取向度。
具备某方面突出性能优势的负极材料如钛酸锂，可满足特定需求，适合在部分细分领域应用。嵌锂碳材料因本身理化性质具有以下缺陷：（1）形成 SEI 膜，循环过程中造成 Li+损耗与碳 材料结构的破坏；（2）析出锂枝晶，增加安全隐患。在公共交通领域电动化进程中对安全性 的诉求落实到负极材料，需要负极电位稍正于碳、更加安全可靠。尖晶石型钛酸锂（Li4Ti5O12） 因具备突出的安全性能优势，在公共交通领域有一定应用：
“零应变材料”，结构稳定。在循环过程中，锂离子逐渐嵌入，最终形成深蓝色的岩盐相 Li7Ti5O12，晶胞参数由 0.836nm 变为 0.837nm，体积变化小于 0.2%，“零应变”下材料 结构稳定，循环性好；
嵌锂电位高，不易引起锂枝晶。钛酸锂嵌锂电位为 1.55V，高于锂离子的还原电位，因 此不易产生锂枝晶，提升安全性；
不生成 SEI 膜，再次提高安全性。因高于电解液的分解电压而不会生成 SEI 膜，没有 SEI 膜被破坏脱落的隐患；
循环过程中锂离子扩散系数也高于碳负极体系，因此是具备高循环优安全的负极材料。
钛酸锂劣势明显，克容量低、倍率性能差、成本高等问题限制更大范围的使用。（1）材料理 论克容量 175mAh/g，电压平台较低，因此比能量较低；（2）导电性能差，导致其在大电流 放电条件下极化严重，容量衰减快，倍率性能差；（3）吸湿性强，导致高温产气严重，高温 循环性能差；（4）材料制备工艺复杂，成本高，电芯成本是相同能量 LFP 电池的 3 倍以上。
钛酸锂改性方法多样，但往往无法保持综合性能，有待更深入开发。（1）改善材料形貌尺寸， 如颗粒纳米化、球化、多孔化等，缩短锂离子进出路径，提高比容量，但易造成与电解液的反应而形成 SEI 膜；（2）金属掺杂后的改性材料导电性提高，但循环稳定性可能会降低；（3） 表面改性如碳包覆技术，可以提高电子电导率，但包覆后锂离子会在脱嵌过程中受到一定阻 碍。综合看，寻找合适的离子、适当的掺杂比例、改性技术的结合是未来工作的重点。
现有负极比容已接近上限，高比容潜力负极中硅基优势显著
高比能诉求下，现有商用负极难以满足需求，需要以更高比容的材料替代。（1）市场上的高 端石墨比容可达 360-365mAh/g，已接近理论上限，而钛酸锂等本身理论比容较小，因此均 难以满足更高比能的需求。（2）商业化负极尤其是碳负极材料，因嵌锂电位低，在循环过程 中可能会形成锂枝晶而引起电池短路。需针对问题开发更高比容的新型负极材料。
在众多可选的新型负极材料中，硅基材料是较具开发潜力的类型。高比容非碳负极包括锡基、 硅基、氧化物、过渡金属氮化物以及金属锂负极等。比较理化性质，硅基具备应用优势：（1） 按照理论比容排序，硅基负极可达 4200mAh/g，而其他负极大部分在 900mAh/g 左右；（2） Si 的嵌锂电位高于碳，析锂风险小；（3）Si 与普遍应用的电解液反应活性低，嵌锂过程中不 会引起溶剂分子与 Li+共嵌入的问题；（4）Si 是地壳中第二丰富元素，价格低廉。
硅基负极的规模应用需解决体积效应等关键问题：（1）巨大的体积变化带来材料的粉化与电 极的破坏。硅与锂的合金化反应使硅发生 1-3 倍的体积膨胀，材料产生裂纹直至粉化，带来 容量的快速衰减，较大的应力下影响结构稳定性，安全风险提高；（2）体积的变化使 SE I 膜 出现破裂与生成的交替，消耗活性物质与电解液，导致电池的内阻增加和容量的迅速衰减；（3）硅的导电性差，在高倍率下不利于电池容量的有效释放。
针对硅基负极的改性研究集中在解决体积效应、维持 SEI 膜稳定和提高首效三个方面。优化的方向包括：（1）硅源的改性研究。即通过制备纳米硅、多孔硅或合金硅的方式改善电化学 性能，但同时也会面临工艺的复杂性等问题；（2）制备复合材料。如制备结构稳定的硅碳负 极，提高导电性，增强机械强度。在开发过程中，碳源选择和结构设计是造成性能差异的关 键；（3）制备氧化亚硅（SiOx）材料。作为石墨与硅的折中方案（比容 1500mAh/g 左右）， 材料体积膨胀大大减小，循环性能提升，但首效较低也限制在全电池中的应用。
硅基负极产业化持续铺开，“硅基时代”临近
硅基负极研发集中度高，中国、日本、美国和韩国为主要申请国。统计 2000-2019 年 6 月与 锂离子电池硅基负极相关的专利数量，共计 28131 件，其中中国、日本、美国、韩国分列前 4 位。但日本、韩国和美国注重海外专利布局，中国申请人主要在国内进行专利布局。
日本申请人具有一定优势，中国申请数量大，但仍需进一步发展。统计前 100 名国际申请人 的国别，日本共有 35 家，且不同排名阶段的数量都占据绝对优势，主要有松下、索尼、日立 等。韩国则主要由三星和 LG 化学申请。中美分别有 23 家和 18 家申请人进入前 100 名。在 中国国内专利申请排名前 20 的申请人中，国外申请人依然占据较大比重，尤其是日本。中 国的企业中，比亚迪、贝特瑞、ATL 和万向集团进入前 20 名。
硅基负极产业化持续铺开，推动电池产品性能提升。特斯拉已将硅碳负极应用于 Model 3， 在人造石墨中加入 10%的硅，负极容量提升至 550mAh/g，单体能量密度达 300Wh/kg；日 本 GS 汤浅公司的硅基负极已成功应用在三菱汽车上。中国方面，宁德时代、国轩高科、万 向集团、比亚迪等正在加紧硅负极体系的研发和试生产。负极企业贝特瑞已实现硅碳负极量 产并为松下配套部分材料，杉杉股份、江西紫宸等具备小量试产能力。CATL 的高镍三元+硅 碳负极电芯比能达到 304Wh/kg，力神的 NCA+硅碳负极电芯也已达到 303Wh/kg。
产业化进程中，材料成本和生产工艺是两大制约因素。尽管硅基负极材料的性能在持续提高， 但在优化材料性能之外，还要考虑到制约产业化的其他因素：（1）材料成本：各家工艺差别较大，产品尚未达到标准化，导致价格较高。此外制备过程中常用到纳米硅粉，其生产对设 备要求高、能耗大，因此增加成本；（2）生产工艺：制备工艺较为复杂，有待成熟，并且所 匹配的主辅材对负极性能发挥影响大，相应的工艺也需要进行优化改善。
广汽应用新型硅负极材料，推动续航再上台阶。2020 年 7 月 28 日，广汽集团宣布采用新型 硅负极材料的方形硬壳电芯比能达到 275Wh/kg，将使电动车续航突破 1000km。2021 年 4 月 9 日的广汽科技日再次强调长续航技术将于 2021 年量产，采用海绵硅负极片电池技术使 电芯比能超过 280Wh/kg（未来提升至 315Wh/kg），同时解决硅材料膨胀问题。这将是全球 首次将新型硅负极材料应用到大型动力电池电芯产品，使硅材料的动力领域实用化更进一步。
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