Stanno emergendo vari materiali anodici e il coke aghiforme è ancora la materia prima principale
Il coke aghiforme è la principale materia prima per la produzione di materiali per elettrodi negativi. Le materie prime per i materiali per elettrodi negativi possono essere suddivise in materiali carboniosi e materiali non carboniosi. Attualmente, le materie prime per i materiali per elettrodi negativi disponibili sul mercato sono la grafite artificiale e i materiali negativi in grafite, classificati nella categoria dei materiali carboniosi, ovvero il coke aghiforme, il coke di petrolio e altre materie prime.
Tuttavia, i tradizionali materiali in grafite artificiale presentano vantaggi e svantaggi. I vantaggi dei materiali anodici in grafite artificiale sono l'elevata conduttività elettronica, l'elevato coefficiente di diffusione degli ioni di litio, l'elevata capacità di incorporazione del litio e il basso potenziale di incorporazione del litio, la sicurezza e la stabilità, e la loro ampia disponibilità ed economicità. Grazie ai vantaggi della tecnologia, al prezzo e alla maturità delle industrie di supporto, la grafite artificiale come materiale per elettrodi negativi continuerà a essere la soluzione più diffusa nei prossimi anni. Tuttavia, i materiali anodici in grafite artificiale presentano anche svantaggi di sviluppo, come la capacità in grammi che si è attestata su valori prossimi al valore teorico di 372 mAH/g, limitandone ulteriori applicazioni, per cui la ricerca e lo sviluppo di altri materiali anodici è stata messa all'ordine del giorno.
Attualmente, una direzione è lo sviluppo di batterie agli ioni di sodio, che utilizzano materiali anodici in carbonio duro. Le batterie agli ioni di sodio sono convenienti e possono seguire l'attuale processo di produzione; la disposizione microcristallina della grafite all'interno dell'elettrodo negativo in carbonio duro è più disordinata e caotica rispetto a quella del carbonio morbido e contiene una parte dell'area dei micropori, con un'elevata capacità di accumulo di sodio e un basso potenziale di accumulo di sodio; inoltre, le materie prime a base di carbonio duro negativo sono ricche di fonti e a basso prezzo. Lignina, saccarosio, glucosio, gusci di arachidi, bucce di banana, carbone, asfalto ossidato, ecc. possono essere utilizzati come fonte di carbonio, quindi il costo delle materie prime è basso, il che le rende economicamente vantaggiose e attualmente il materiale anodico più ideale per le batterie agli ioni di sodio.
Un'altra direzione è lo sviluppo dell'anodo di silicio. L'anodo di silicio ha la più alta capacità specifica di massa teorica (3580 mAh/g a temperatura ambiente) e ricche riserve di risorse, e può fornire canali di inclusione e rilascio di ioni di litio da tutte le direzioni. Il potenziale del litio è elevato, le prestazioni di carica rapida sono eccellenti, con elevate caratteristiche di sicurezza e capacità elevata, e si prevede che diventerà la prossima generazione di materiali per elettrodi negativi. Tuttavia, il silicio come materiale per elettrodi negativi produrrà una grande variazione di volume, con la continua contrazione ed espansione di carica e scarica, che influirà sulla durata del ciclo di vita della batteria.
Lo sviluppo e l'applicazione di nuovi materiali anodici richiederà del tempo per superare il problema dell'applicazione industriale e si prevede che entro il 2026 la produzione di materiali anodici raggiungerà i 3,6 milioni di tonnellate, mentre la quantità totale di anodi a base di carbonio duro e silicio si attesterà a 400.000 tonnellate. Sarà difficile superare la posizione dominante dei materiali a base di grafite artificiale nei prossimi tre-cinque anni. Pertanto, il coke aghiforme e il coke di petrolio continueranno a essere le principali materie prime di approvvigionamento nel campo dei materiali per elettrodi negativi in futuro. Con l'ulteriore liberazione della capacità produttiva di materiali negativi nel 2023, la crescente domanda di coke aghiforme diventerà una tendenza irreversibile.