0523-82800090 高效矽碳負極材料生産商——江蘇泰州泰興市中全新能源技術有限公司歡迎您!
新聞動态
caifu97072.cn
當前位置:主頁 > 新聞動态 > 行業動态 >
2018年矽碳負極配套正極/電解液/粘結劑趨向成熟
2019-09-07 07:07作者:管理員 來源:未知


摘要: 矽碳動力電池是行業發展的一個必然趨勢,而且距離量産時間越來越近,快則一年左右,慢則兩年左右。目前主流負極材料企業正抓緊擴張矽碳材料産能,相關配套材料(正極材料NCM/NCA、電解液、粘貼劑)研發及生産也都趨向成熟。

國内要實現2020年動力電池能量密度達到300Wh/kg的目标,采用傳統的石墨根本不可能實現,采用矽碳材料是必然出路。正是在動力電池能量密度快速提升的迫切需求下,屬于矽碳負極的時代即将到來。

近日高工锂電從量産矽碳電池企業、相關配套材料企業等多方獲悉,從2017年下半年開始,采用矽碳負極的锂電池有少量推向高端數碼市場,動力電池企業也正在抓緊研發當中,快者處于中試水平。2018年矽碳複合材料用量将達2000-3000噸,同比增長一倍左右。

 “公司矽碳電池主要用于高端數碼。”一家電池企業高層透露,雖然矽碳負極成本高,但用于終端産品的價格也高。矽碳電池暫時未用于動力,不是因為研發生産難度特别高,而是動力電池需要很長的使用壽命,驗證時間不夠。

值得一提的是,業内存在一種看法,電池企業會先将矽碳負極用于數碼锂電池,等摸透了再向動力電池領域推廣。目前圓柱、方形、軟包電池等都有在試用矽碳負極。

總體而言,矽碳動力電池是行業發展的一個必然趨勢,而且距離量産時間越來越近,快則一年左右,慢則兩年左右。目前主流負極材料企業正抓緊擴張矽碳材料産能,相關配套材料(正極材料NCM/NCA、電解液、粘貼劑)研發及生産也都趨向成熟。

➤動力電池企業搶占矽碳風口 負極企業響應擴産

其實矽碳負極早已經應用到了動力電池領域,2016年4月特斯拉Model3發布時,就有分析指出,Model3采用了松下電池,負極材料是人造石墨中加入10%的矽基材料,容量在550mAh/g以上,能量密度可達300Wh/kg。

除松下率先初步實現矽碳動力電池産業化以外,國内動力電池企業等都展開了對矽碳負極體系的研發。


據了解,上述項目将在2020年産業化應用,屆時開發的高比能動力電池,将把電動車續航裡程提升一倍,達到450-500公裡。

2017年上半年消息顯示,天津牽頭承擔的國家項目“高比能量密度锂離子動力電池開發與産業化技術攻關”開發完成能量密度達260Wh/kg的動力電池單體,在350次充放電循環後容量保持率達到83.28%;同時開發出了能量密度達280Wh/kg以及300Wh/kg的動力電池樣品。這其中,就應用到了矽碳複合負極材料。

同樣在2017年上半年,另一個企業牽頭承擔的重點專項“高比能量動力锂離子電池的研發與集成應用”進展顯示,在該項目中,采用高鎳正極材料匹配矽基負極材料實現單體電池能量密度達281Wh/kg,1C倍率充放室溫循環350次容量保持80%;采用富锂正極材料匹配矽基負極材料實現單體電池能量密度達302Wh/kg,0.5C倍充倍放室溫循環195次容量保持80%。

無論是當前的研發及試生産,或是即将到來的批量應用,下遊動力電池企業對矽碳負極材料都提出了明确的需求。在此趨勢下,主流負極材料企業積極響應,在提升矽碳負極材料研發實力的同時,紛紛擴大矽碳負極材料産能。

高工锂電了解到,某能源公司通過采用納米結構化、碳包覆處理和二次造粒三大創新技術,有效提高了矽碳材料的循環性能,解決了包覆不均勻導緻矽材料與電解液中HF組分與矽反應引起的電性能惡化和極片膨脹的問題。其矽碳負極具有克容量高(400mAh/g-650mAh/g)、循環性能好等優點,産品首次放電容量≥420mAh/g;庫倫效率≥91%,1000周0.5C循環後容量保持率≥80%。

據負責人透露,公司建設的年産3000噸矽碳負極材料項目已經于2017年8月實現批量生産,前期主推420mAh/g和450mAh/g兩個型号,目前處于送樣測試和小批量供貨階段。同時,公司還在進一步研發500mAh/g、650mAh/g的超高容量矽碳負極,為後續的容量持續提升做技術儲備。

➤正極/電解液及粘合劑企業配合研發 創新産品量産

業界分析認為,做出矽碳複合負極材料并不難,但批量生産出電化學性能優良的複合材料則非常難。制約矽碳負極大規模應用的問題主要集中在三個方面:一是矽碳複合材料的電極膨脹率較高;二是矽碳負極材料的循環性和庫侖效率仍有待進一步提高;三是成本問題。

若暫不考慮成本問題,隻從技術角度考慮,解決矽碳負極膨脹缺陷及循環性差的問題,除了需要負極材料企業及電池企業共同努力以外,還需要包括正極材料、電解液和粘合劑在内的“一攬子”配方和工藝解決方案。

正極材料方面,矽碳負極主要搭配正極材料NCM、NCA,而國内正極材料行業正從NCM523向NCM622過渡,NCM811因高技術壁壘離走向成熟還有多項技術難題需克服。

不過,在行業緊迫形勢下,包括杉杉能源、當升科技、甯波金和等正極材料企業均加快研發進程。其中甯波金和、杉杉能源率先實現量産(詳情請見高工锂電此前報道《助力動力電池“提密降本” 6家企業高鎳三元811最新進展》)。

電解液方面,目前矽碳電解液大多是采用高含量的FEC來穩定矽碳負極的SEI,以此來改善矽碳負極的循環性能,但高含量的FEC容易被高鎳正極或高電壓NMC正極所催化分解,從而劣化電池的高溫存儲性能和高溫循環性能。

 對此,某企業自主開發了新型正極成膜添加劑,其能明顯抑制電解液在高鎳正極和高壓NMC正極上的氧化分解,從而能有效改善高含量FEC電解液在高鎳或高電壓NMC電池下的高溫不足和循環不足的問題。

通過新型正極成膜添加劑,負極成膜添加劑等開發了一系列電解液産品,該系列電解液産品用于高鎳正極/矽碳負極的動力電池體系中,能滿足循環1000周的要求,并能獲得優良的高溫性能和低溫性能。

該系列産品廣泛适用于高能量密度NCM、NCA、高電壓三元正極配矽碳負極動力電池,已經在國内外的中高端客戶中得到大批量應用。

粘合劑方面,從工作原理看,矽做負極時,充電時锂離子從正極材料脫出,嵌入矽晶體内部晶格間時,造成膨脹(可達300%),形成矽锂合金;而放電時锂離子從晶格間脫出,又形成大的間隙。開發合适的粘合劑來保持電極結構的完整很重要。

高工锂電了解到,适用于矽碳材料的粘合劑要比一般産品的粘貼能力要強,包括與矽碳的粘貼能力及産品本身的内聚力都要很強。矽在膨脹的時候,粘合劑能拉住它;在拉的時候,粘合劑不能變形,能恢複原狀,以保證電池的性能及壽命。另外,粘合劑需要跟電解液親和,讓電解液不影響粘合劑的内聚力。

值得一提的是,由于每家企業的“矽”本身不一樣,加入比例也不一樣,對粘合劑的要求還會有些差别,所以需要粘合劑企業在滿足上述要求的同時,針對性地做出調整。

某企業很早将适用于矽碳負極的粘合劑作為項目來研發,結合客戶提出的建設性意見,加之自身在粘合劑多年的研發經驗,已經開發出相應産品,并已量産出貨。


 

[返回]

Copyright © 江蘇泰州泰興市中全新能源技術有限公司 版權所有 技術支持:仲謀網絡