Как согласовать положительный электрод / электролит / связку кремний-углеродного отрицательного электрода литиевой батареи?

Со второй половины 2017 года небольшое количество литиевых батарей с кремний-углеродными отрицательными электродами было продвинуто на рынок высокопроизводительных цифровых технологий, и компании по производству аккумуляторных батарей также находятся в процессе исследований и разработок. Самый быстрый - на уровне пилота. В 2018 году количество кремний-углеродных композиционных материалов достигнет 2000-3000 тонн, что примерно вдвое больше, чем в прошлом году.

Чтобы достичь цели по достижению плотности мощности 300 Вт / кг для аккумуляторных батарей к 2020 году, невозможно добиться использования обычного графита. Использование кремний-углеродных материалов - неизбежный выход. Эра кремний-углеродных анодов наступает именно из-за насущной необходимости быстрого увеличения удельной энергии батарей.

Недавно о высокотехнологичных литий-ионных батареях узнали от компаний, производящих кремниево-углеродные батареи массово, и компаний, производящих вспомогательные материалы. Начиная со второй половины 2017 года литиевые батареи с кремний-углеродными анодами были вытеснены на высокотехнологичный цифровой рынок, и компании, производящие аккумуляторные батареи, также активно работают над их разработкой. Самый быстрый - на уровне пилота. В 2018 году количество кремний-углеродных композиционных материалов достигнет 2000-3000 тонн, что примерно вдвое больше, чем в прошлом году.

«Кремний-углеродные аккумуляторы компании в основном используются для цифровых технологий высокого класса». Представитель компании по производству аккумуляторов сообщил, что, хотя стоимость кремний-углеродных анодов высока, цена на клеммные устройства также высока. В настоящее время кремниево-угольные батареи не используются в качестве источника питания не потому, что разработка и производство особенно сложны, а потому, что аккумуляторная батарея требует длительного срока службы, а времени проверки недостаточно.

Стоит упомянуть, что в отрасли существует мнение, что производители аккумуляторов сначала будут использовать кремний-углеродные аноды для цифровых литиевых батарей, а затем они смогут продвигать их в области аккумуляторных батарей. В настоящее время все цилиндрические, квадратные и мягкие батареи испытываются с кремний-углеродными анодами. Условно говоря, структура 18650 больше подходит для кремний-углеродных анодов, что относительно больше.

В общем, кремниево-углеродные силовые батареи являются неизбежной тенденцией в развитии отрасли, и время их производства приближается и приближается, около года или около того, и замедляется на два года или около того. В настоящее время основные предприятия по производству анодных материалов наращивают свои мощности по производству кремний-углеродных материалов, а исследования, разработки и производство соответствующих материалов (положительные материалы NCM811 / NCA, электролитный клей) также становятся зрелыми.

Компании по производству анодных материалов расширяют производственные мощности кремний-углеродных материалов, а также развиваются разработка и производство соответствующих вспомогательных материалов.

Компании по производству аккумуляторов используют кремний-углеродный воздуховод негативный ответ предприятия на расширение

Фактически, кремний-углеродный анод уже применялся в области силовых батарей. Когда в апреле 2016 года была выпущена Tesla Model3, было указано, что в Model 3 используется батарея Panasonic, а материал анода - это 10% материала на основе кремния, добавленного к искусственному графиту. Выше 550 мАч / г плотность энергии может достигать 300 Втч / кг.

В дополнение к первоначальной реализации Panasonic в области индустриализации кремний-углеродных аккумуляторных батарей, отечественные компании по производству аккумуляторных батарей BYD, Ningde era, Tianjin Lishen, Wanxiang A123, Guoxuan Hi-Tech, Weihong Power и т. Д. Начали исследования и разработки кремний-углеродных батарей. анодную систему производим.

Согласно новостям за октябрь 2016 года, провинциальный департамент науки и технологий запустил проект «Разработка технологии индустриализации литий-ионных аккумуляторных батарей нового поколения», инициированный совместно эрой Ниндэ и Институтом физики Китайской академии наук, а также в качестве положительного электрода использовались исследования и разработки тройных материалов с высоким содержанием никеля. Литий-ионная батарея с кремний-углеродным композитом в качестве отрицательного электрода может значительно увеличить удельную энергию литий-ионной батареи с нынешних 150-180 Втч / кг до более 300 Втч / кг, эффективно повышая международную конкурентоспособность мощности. аккумуляторная промышленность в Китае.

Подразумевается, что вышеупомянутые проекты будут индустриализированы и внедрены в 2020 году, а разработанная в то время мощная аккумуляторная батарея удвоит пробег электромобилей до 450-500 километров.

В первой половине 2017 года новости показали, что Тяньцзинь Лишен возглавил национальный проект «Разработка литий-ионных аккумуляторов с высокой удельной энергией и исследование технологий индустриализации» по разработке аккумуляторных батарей с плотностью энергии 260 Вт · ч / кг. зарядка и разрядка в 350 раз. После цикла коэффициент сохранения емкости достиг 83,28%; Одновременно были разработаны образцы аккумуляторных батарей с удельной энергией 280Втч / кг и 300Втч / кг. Среди них применен композитный анодный материал кремний-углерод.

Также в первой половине 2017 года Guoxuan Hi-Tech взяла на себя ведущую роль в специальном проекте «Исследования, разработки и интеграции стандартных литий-ионных аккумуляторов». Прогресс показывает, что в этом проекте используется катод с высоким содержанием никеля. Соответствие материала анодному материалу на основе кремния для получения мономера. Плотность энергии батареи составляет до 281 Втч / кг, а емкость батареи поддерживается при комнатной температуре 350 раз при емкости 1C. Литий-ионный материал положительного электрода сочетается с материалом анода на основе кремния для достижения плотности энергии 302 Вт · ч / кг, раз в 0,5 ° C и цикла при комнатной температуре. Пропускная способность 195 раз поддерживалась на уровне 80%.

Будь то текущие исследования и разработки и пилотное производство, или предстоящие периодические разработки, компании по производству аккумуляторных батарей испытывают явную потребность в кремний-углеродных анодных материалах. В соответствии с этой тенденцией основные компании, производящие анодные материалы, отреагировали положительно и, расширяя исследования и разработки кремний-углеродных анодных материалов, они увеличили производственные мощности кремний-углеродных анодных материалов.

Высокотехнологичная литиевая батарея узнала, что Zhengtuo Energy эффективно улучшила циклические характеристики кремний-углеродных материалов за счет использования наноструктурированных технологий с углеродным покрытием и вторичной грануляции, а также решила проблему неравномерного покрытия и привела к кремниевым материалам и электролизу, ухудшение электрических свойств и расширение полюсных наконечников, вызванное реакцией HF-компонента в жидкости с кремнием. Отрицательный электрод из кремниевого угля обладает такими преимуществами, как высокая граммовая емкость (400 мАч / г-650 мАч / г) и хорошие рабочие характеристики. Первая разрядная емкость продукта ≥ 420 мАч / г; кулоновский КПД составляет ≥ 91%, а степень сохранения емкости после 1000 циклов при 0,5 ° C составляет ≥ 80%.

По словам ответственного за Zhengtuo Energy, проект по ежегодному производству 3000 тонн кремний-углеродного анодного материала был массово произведен в августе 2017 года. В предыдущий период в основном продвигались модели 420 мАч / г и 450 мАч / г. и в настоящее время находится на стадии пробных испытаний и небольших оптовых поставок. В то же время компания продолжает исследования сверхмощных кремний-углеродных анодов 500 мАч / г и 650 мАч / г, чтобы создать технические резервы для последующего повышения производительности.

Что касается акций Shanshan, то в апреле 2017 года было заявлено, что кремний-углеродный отрицательный электрод компании уже имеет ежемесячные объемы отгрузки тоннажа, и ожидается, что объем производства составит 4000 тонн в год в 2017 году. В июле компания сказал в исследовании инвестиционных организаций, что кремний-углеродный отрицательный электрод компании начал постепенно увеличивать свой объем, который оценивается в соответствии с удельной энергией и измеряется по стоимости ватт-часов.

В апреле 2017 года Yantailai объявила, что планирует инвестировать 5 миллиардов юаней в производство мембранных и анодных материалов в Сянъяне, провинция Цзянсу. В этом проекте он будет сотрудничать с Институтом физики Китайской академии наук для производства новых кремний-углеродных композитных анодных материалов. Согласно информации China Merchants Securities, Guoxuan Hi-Tech инвестировала в проект кремний-углеродного анодного материала производительностью 5000 тонн в год, который, как ожидается, будет запущен в производство в 2018 году.

Компании положительного электрода / электролита и клея сотрудничают с массовым производством инновационных продуктов R&D.

Согласно отраслевому анализу, изготовить анодный композитный материал из кремний-углеродного композита несложно, но очень сложно массовое производство композитных материалов с превосходными электрохимическими характеристиками. Проблема ограничения крупномасштабного применения кремний-углеродных анодов в основном сосредоточена в трех аспектах: во-первых, степень расширения электродов кремний-углеродных композитов является высокой; во-вторых, цикл и кулоновская эффективность кремний-углеродных анодных материалов все еще нуждаются в дальнейшем улучшении; .

Если мы пока не рассматриваем вопрос стоимости, нам нужно только решить проблему плохого расширения и цикла кремний-углеродных анодов с технической точки зрения. В дополнение к совместным усилиям компаний, производящих анодные материалы, и производителей аккумуляторов, нам необходимо включить катодные материалы, электролиты и связующие, а также «пакет» рецептов и технологических решений.

Что касается катодных материалов, кремний-углеродные аноды в основном соответствуют катодным материалам NCM811 и NCA, в то время как отечественная промышленность катодных материалов переходит с NCM523 на NCM622. NCM811 имеет множество технических проблем, которые необходимо преодолеть из-за высоких технических барьеров.

Однако в сложной ситуации в отрасли компании, производящие материалы для положительных электродов, включая Shanshan Energy, Dangsheng Technology и Ningbo Jinhe, ускорили процесс исследований и разработок. Среди них Ningbo Jinhe и Shanshan Energy заняли лидирующие позиции в массовом производстве (подробности см. В высокотехнологичной литиевой батарее, о которой ранее сообщалось, что она «помогает заряжать аккумулятор», чтобы снизить стоимость «новейшей разработки с высоким содержанием никеля за 3 юаня»).

Что касается электролита, то в большинстве современных кремний-углеродных электролитов используется FEC с высоким содержанием для стабилизации SEI кремний-углеродного анода для улучшения циклических характеристик кремний-углеродного анода, но FEC с высоким содержанием легко заменяется высоким. -никель или высоковольтные аноды NMC, каталитическое разложение, что ухудшает характеристики высокотемпературного хранения и характеристики высокотемпературного цикла батареи.

В связи с этим компания Xinzhoubang независимо разработала новую положительную пленкообразующую добавку LDY196, которая может значительно замедлить окислительное разложение электролита на положительном электроде с высоким содержанием никеля и положительном электроде с высоким напряжением NMC, тем самым эффективно улучшая высокое содержание электролита FEC при высоком содержании электролита. никель или высокое напряжение, недостаточно высокая температура и недостаточная циркуляция под батареями NMC.

Был разработан ряд электролитических продуктов с использованием новой добавки для формирования положительной пленки LDY196, добавки для формирования отрицательной пленки VC, FEC, низкоомной добавки на основе соли лития и т. Д., Которые используются в положительных элементах с высоким содержанием никеля / углеродно-кремниевых отрицательных элементах. система питания аккумуляторной батареи. Он может выполнять требования 1000 циклов и может обеспечить отличные характеристики при высоких и низких температурах.

Эта серия продуктов широко используется в NCM811 с высокой плотностью энергии, NCA, высоковольтном тройном положительном с кремниевым углеродным отрицательным аккумулятором, широко используется в высокопроизводительных клиентах дома и за рубежом.

Согласно общедоступной информации, сотрудники отдела исследований и разработок Zhuhai Saiwei Electronic Materials Co., Ltd. обнаружили, что кремниевый анод имеет лучшие электрохимические характеристики в смешанном электролите, чем в одном электролите, благодаря фактическому сотрудничеству с заказчиком. Гексафторфосфат лития (LiPF6) смешивали с определенным количеством бис (оксалат) бората лития (LiBOB) и добавляли виниленкарбонат (VC). Добавление LiBOB и VC оказало хороший синергетический эффект на образование толстого слоя SEI. Кроме того, добавление к электролиту новой соли лития, такой как бис (трифторметилсульфонил) имид лития (LiTFSI), также может улучшить характеристики цикла кремниево-угольной батареи.

Что касается клея, исходя из принципа работы, когда кремний используется в качестве отрицательного электрода, ионы лития извлекаются из материала положительного электрода во время зарядки, а когда они встроены во внутреннюю кристаллическую решетку кристалла кремния, расширение (до 300 %) образует кремний-литиевый сплав; Ионы лития отделены от кристаллической решетки и образуют большую щель. Важно разработать подходящий клей для сохранения целостности конструкции электрода.

Высокотехнологичные литиевые батареи доказали, что адгезивы для кремний-углеродных материалов прочнее, чем у обычных продуктов, включая способность связываться с кремниевым углеродом и когезию самого продукта. Когда силикон расширяется, клей может его потянуть; при вытягивании клей не деформируется и может быть восстановлен до исходного состояния, чтобы обеспечить работоспособность и срок службы батареи. Кроме того, связующее должно быть совместимо с электролитом, чтобы электролит не влиял на силу сцепления связующего.

Стоит отметить, что, поскольку «силикон» у каждой компании разный, пропорции добавок различаются, и требования к клеям будут разными. Следовательно, клейкая компания должна соответствовать вышеуказанным требованиям и быть целевой. Внесите коррективы.

Ли Рэнгуи, генеральный директор Chengdu Zhongkelaifang Energy Technology Co., Ltd., сообщил, что компания уже давно применяет клей для кремний-углеродного отрицательного электрода в качестве проекта, сочетая конструктивные мнения, высказанные клиентами, и исследования и разработки своих собственный клей на протяжении многих лет. Опыт, разработал соответствующие продукты, и был серийно произведен и отгружен.

Страница содержит содержимое машинного перевода.