登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
硅具有已知负极材料中最高的理论容量(高达4200mAh/g,远超石墨负极的372mAh/g)、较低的脱锂电位和更好的安全性能,作为锂离子电池负极材料极具潜力;硅-碳复合材料因具有良好的电子通道和促使SEI膜稳定生长的环境,有望成为新一代高能量密度锂离子电池负极材料。
内容提要:
1.硅碳复合材料是目前最有前途的锂离子电池负极材料。
2.硅碳复合方式多种多样。
3.什么形式复合的硅-碳复合材料最具发展前途?
自从被日本索尼公司于1990年成功开发以来,锂离子电池因其高放电电压平台、高能量密度、长循环寿命以及无记忆效应等优点,且在缓解经济发展和能源短缺的问题上存在巨大潜力,因而在电子产品、电动工具和电动汽车等多个领域都获得了广泛的应用。
负极活性材料是制约锂离子电池性能的关键因素之一。目前商业化锂离子电池负极材料可以简单分为碳质材料和非碳质材料,其中碳质材料包括石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、碳纳米管、碳纤维、石墨烯和富勒烯等;非碳质材料包括钛酸锂、硅基材料、锡基材料和合金等。
1硅-碳复合材料作为锂离子电池负极材料前景广阔
硅具有已知负极材料中最高的理论容量(高达4200mAh/g,远超石墨负极的372mAh/g)、较低的脱锂电位和更好的安全性能,作为锂离子电池负极材料极具潜力。但是由于其巨大的体积效应以及不稳定的表面固体电解质界面(Solid Electrolyte Interphase,SEI)膜而容易导致电化学性能的恶化,因此,通常将硅粉纳米化或者硅碳复合化,以改善硅基负极材料的循环性能,提高其在循环过程中的结构稳定性。
在生产应用上,松下将10%的硅加入到传统石墨负极材料中,已经实现含硅碳负极材料的18650电池的量产,能量密度达到了550mAh/g以上;而特斯拉已经将这种硅碳负极电池应用于其纯电动汽车中。国内,硅碳材料还处于产业化前期,但已有深圳贝瑞特、上海杉杉和天津力神等厂家开始小规模生产。总体上,硅-碳复合材料因具有良好的电子通道和促使SEI膜稳定生长的环境,有望成为新一代高能量密度锂离子电池负极材料。
图1 硅-碳复合负极材料全球专利申请量趋势
方象知产研究院整理
从图1的硅-碳复合负极材料全球专利申请量趋势图可以看出,伴随着锂离子电池的成功开发,硅-碳复合负极材料实际上在1993年就已经开始有人研究了。全球专利申请量在1999年有所增加,并持续了几年比较平稳的申请状态后减少从2008年开始重新上升,并很快进入了急剧上升阶段(2017年因为数据统计的滞后而尚未完全包括,所以不予讨论。下同)。这表明硅-碳复合负极材料的研发技术在经过较长的技术萌芽期之后,逐步缓慢发展,又陷入了短暂的瓶颈期,随后才进入了技术的快速成长期,这与现阶段硅-碳复合负极材料在市场上日渐成为开发热点是相吻合的。
图2 硅-碳复合负极材料的中国专利申请量趋势
方象知产研究院整理
国内的硅-碳复合负极材料的专利申请起步较晚(图2),三星(还是国外企业)在1999年申请了第一篇,又在2001年布局了第二篇。第一篇真正意义上由国内发明人申请的关于硅-碳复合负极材料的专利是2002年由中科院上海微系统与信息技术研究所申请的。随后国内的专利申请量同全球的专利申请量变化趋势一样,经历了萌芽期、缓慢发展期和快速发展期后,从2014年开始进入了急剧上升阶段。专利申请量增长迅猛,很快超过了其它国家而跃居全球第一,占据了全球专利申请量的约半壁江山(图3),是第二名美国的两倍多。这说明国内的研究单位和生产厂家一方面是为了解决锂离子电池负极材料性能不足的问题,一方面也是为了紧跟世界领先技术的发展步伐,从而加大了对硅-碳复合负极材料的开发。
图3 硅-碳复合负极材料的国家申请量占比
方象知产研究院整理
2硅-碳复合方式多种多样
硅-碳复合负极材料因为硅材料(单质硅、氧化硅、硅化物、硅合金等)和碳质材料(石墨、软碳、硬碳、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、富勒烯等)的物质形式不同而有多种复合方式,可以简单地分为碳-硅复合、石墨-硅复合、碳纤维-硅复合、碳纳米管-硅复合、石墨烯-硅复合、碳-氧化硅复合、以及掺杂改性的硅碳复合材料等。
图4 几种硅-碳复合负极材料的历年专利申请趋势
方象知产研究院整理
图5 几种硅-碳复合负极材料的专利申请量对比
方象知产研究院整理
从上图可以看出硅-碳的专利申请量是最多的,这与碳材料是石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维等碳质材料的总称有关,并且有的专利往往同时涵盖多种碳材料。硅-石墨复合材料和硅-碳材料的专利申请起始时间差不多都是1993年。只是硅-石墨复合材料申请量很小,但是在经过较长的技术萌芽期之后,也开始进入了稳步发展期,近几年依然是处于上升的趋势,总的申请量也非常大,说明石墨材料作为最早商业化的锂离子电池负极材料,依然有其研究开发的价值。
图中还可以明显地看出硅-碳纳米管、硅-碳纤维和硅-石墨烯复合材料的专利申请较硅-碳和硅-石墨晚一些,不过一直在持续发展。特别是石墨烯作为碳材料与硅复合的技术尽管起步比碳和石墨晚的多,但很快就进入了技术发展期,专利申请量快速增加,总量逼近硅-石墨的申请量。这与石墨烯自从2004年被发现以来,迅速成为世界上最火的研究热点之一,席卷包括锂离子电池在内的多个领域有关。
3从专利引用量看硅-碳材料的复合方式
硅-碳材料具体复合的方式复杂,从重点专利的角度(考虑专利被引用量以及具体内容)来做一些初步分析。
表1 全球范围专利被引用量前10名的复合方式
(注:专利被引用量排序针对专利内容有所变动)
方象知产研究院整理
从表1中可以看出,这些被高频率引用的专利主要集中在碳或石墨包覆硅的复合结构技术,再联系这些专利普遍是在2000年~2010年间申请的,可见一开始研究人员考虑直接通过碳包覆来改变硅的结构稳定性,这种方法是初见成效的,所以为后面的研发者所模仿和频繁引用。
4三星硅-碳复合改造技术或供国内硅-碳负极材料开发参考
图6 硅-碳复合负极材料的全球标准申请人专利申请量对比
方象知产研究院整理
表2 三星电子的硅-碳复合负极材料重点专利总结
(注:专利被引用量排序针对专利内容有所变动)
方象知产研究院整理
三星电子是全球硅-碳复合负极材料专利申请量最多的企业(图6)。三星电子在碳包覆硅的复合结构上进一步改善技术,发展了以石墨、单质硅和碳为主的共同复合方式,较多的采用了三层包覆或者嵌入复合结构,并且扩大了碳材料和硅材料的范围,使用了各种碳材料、硅氧化物、硅合金、硅纳米线和硅纳米粒子等,对性能的改进也较多的体现在容量提升和保持以及充放电效率提高上(表2),这或许可以为国内的硅-碳复合负极材料的研究生产提供参考。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
硅基负极材料正在加速商业化应用。10月中旬,辉能科技在2024年巴黎车展上展出“100%硅负极”电池系统。根据德国莱茵实验室的数据,该电池系统在5分钟内可将电量从5%充至60%,8.5分钟充至80%。该电池能量密度达到321Wh/kg,预计年底最高可提升至355Wh/kg。硅基被业内认为是下一代理想的负极材料。据了解
北极星储能网获悉,10月14日晚间尚太科技公告,公司拟以自有资金或自筹资金在马来西亚设立全资孙公司,并投资建设马来西亚年产5万吨锂离子电池负极材料项目(下称“马来西亚项目”)。据披露,上述马来西亚全资孙公司注册资本为1000林吉特或其他等值货币(后续拟进行增资),公司性质为私人有限责任公
近日,江阴高新区年产20万吨低能耗高性能锂电池负极材料项目(二期)完成了开工验线手续,项目正式开工建设。该项目总投资12.6亿元,由江苏华盛锂电与苏州华赢新能源共同投资建设,今年2月该项目一期工程已经开工建设。据了解,该项目主要生产低能耗高性能锂电池负极材料,包括人造石墨负极、硅氧负极、
北极星电池网获悉,9月27日,新能源新材料行业发展交流大会在江苏省常州市武进国家高新区举行。会上,总投资3亿美元的屹创新能源新型镍氢气电池负极材料项目正式落户武高新。此次签约的项目由屹创新能源在园区增加投资,将建设新型镍氢气电池核心负极材料研发、制造基地,达产后将形成15GWh镍氢气电池
北极星储能网获悉,9月24日,华盛锂电发布公告称,公司拟通过自有资金3999.9999万元向江苏浦士达环保科技股份有限公司投资入股,按照6.50元/股的价格认购浦士达定向发行的股份。本次投资后,华盛锂电将直接持有浦士达615.38万股,持股比例为14.68%。华盛锂电称,本次投资旨在抓住新能源汽车对高容量负
作为突破电池能量密度桎梏的助力利器,硅基负极材料产业化进程不断加快。截至目前,包括特斯拉、比亚迪、蔚来、上汽智己、广汽埃安、奔驰、极氪等众多车企都已经开始或即将搭载硅基负极动力电池。宁德时代、亿纬锂能、国轩高科等头部电池厂商也都已布局硅基负极动力电池产品。“硅基负极是未来最有可能
北极星电池网获悉,9月11日,璞泰来在投资交流会上,回应了关于硅基负极材料单吨售价、固态电池市场前景等热点话题。璞泰来表示,当前全固态电池尚处于研发阶段,相关产业链配套尚需进一步开发与完善,公司认为全固态电池距离大规模的商业化应用,可能尚需时日。璞泰来是国内最大的独立涂覆隔膜加工商
研究机构EVTank分析认为,2024年将是之前两年全国新建石墨化和负极材料产能集中释放的一年,整个行业将面临着较大的产能过剩的压力,负极材料的价格仍将面临着较大的下行压力。另一方面,随着大量一体化产能的建成,第三方独立石墨化加工产能将面临着较大的开工压力。2024年上半年,在终端需求增速放缓
北极星电池网,9月12日,滨海能源发布定向募资公告,拟向控股股东旭阳控股发行股票不超过6664万股,募集资金不超过46914.56万元,用于后续锂电池负极材料产线建设及研发投入等。此外,滨海能源以锂电池负极材料销售单价1.40万元/吨、石墨化代加工单价0.90万元/吨计算,预计2024年公司营业收入将突破4.9
金属铅、镍、锡和氧化铝期权4个品种2日在上海期货交易所(下称上期所)挂牌交易。上市首日,铅、镍、锡和氧化铝期权全天成交量分别为1331手、2278手、860手和6263手,成交额分别为199.54万元、583.48万元、522.79万元和1417.53万元。铅、镍、锡和氧化铝期权2日在上海期货交易所上市交易,图为上市仪式现
黑龙江石墨提纯加工中心9月3日在鹤岗市揭牌成立,将力争打造中国国内产能规模最大、综合成本最具竞争优势、绿色低碳环保的一流石墨提纯加工产业聚集地。石墨是新能源、新材料、电子信息、航空航天、国防军工等战略性新兴产业不可或缺的关键原材料,被誉为“21世纪支撑高新技术发展的战略资源”。近年来
北极星储能网获悉,10月21日,北京市房山区人民政府发布北京卫蓝高性能固态锂离子电池量产建设项目于近日开工。消息显示,北京卫蓝高性能固态锂离子电池量产建设项目位于窦店镇新城组团FS00-0308街区0030地块,总建筑面积约为11.23万平方米,包含12栋建筑单体。一期项目总建筑面积约为4.2万平方米,重
北极星储能网获悉,鹏辉能源10月16日公告,公司拟在驻马店市正阳县新建小动力方形铝壳锂离子电池日产能3万支和电容式锂离子电池日产能50万支项目,计划总投资10亿元。本次投资项目的资金来源为公司自有或自筹资金,公司预计将通过股债结合的方式筹集项目建设资金。
北极星储能网获悉,10月16日,中核集团发布福建鼎盛储能项目锂离子电池60MWh储能配套设备采购招标公告。公告显示,本次招标为招标为福建鼎盛钢铁有限公司3MW超级电容+60MWh锂离子电池混合储能项目。包括但不限于60MWh锂离子电池的供货、检验、试验、包装、运输、交货、安装、调试及验收等相关内容。原
北极星储能网获悉,10月14日晚间尚太科技公告,公司拟以自有资金或自筹资金在马来西亚设立全资孙公司,并投资建设马来西亚年产5万吨锂离子电池负极材料项目(下称“马来西亚项目”)。据披露,上述马来西亚全资孙公司注册资本为1000林吉特或其他等值货币(后续拟进行增资),公司性质为私人有限责任公
10月10日上午,星恒电源(滁州)年产4GWh锂离子电池项目封顶仪式在安徽省滁州市中新苏滁高新区举行。项目总投资18.3亿元,计划年内竣工投产,项目建成投产后可实现年产值约23.4亿元,将凭借更高效率、更高水准的生产制造工艺,为开拓轻型车锂电池市场、提升锂电渗透率,提供充足的、高品质的合规锂电池
锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长等优点在储能领域得到广泛应用。但锂电池热失控引发的火灾爆炸事故频发,已成为制约其大规模推广的关键瓶颈。本文拟对锂电池热失控机理进行深入分析,并探讨提升其安全性能的改善策略,重点介绍首航PowerMaster集中储能系统产品中采用的先进液冷电池舱技术。锂离子电
北极星储能网获悉,当地时间9月23日,加拿大蒙特利尔港码头一个运输锂离子电池的集装箱着火。据消息人士称,是一名值班人员发现一个40英尺集装箱冒出浓烟,该集装箱是装有用于电动汽车的动力电池。据一份报告称,该集装箱来自波兰,目的地是加拿大温莎,这引发了人们对其将运往汽车行业的猜测。但目前
近日,工业和信息化部等四部门联合印发《关于征集重点工业产品碳足迹核算规则标准研究课题的通知》(政策原文阅读:四部门:征集重点工业产品碳足迹核算规则标准研究课题)(以下简称《通知》),提出组织研究和推荐一批重点工业产品碳足迹核算规则标准,对加快构建产品碳足迹管理体系、推动工业绿色低
9月14日,工信部等四部门发布关于征集重点工业产品碳足迹核算规则标准研究课题的通知,其中提到,优先聚焦钢铁、电解铝、水泥、化肥、氢、石灰、玻璃、乙烯、合成氨、电石、甲醇、锂电池、新能源汽车、光伏和电子电器等重点产品,以及其它市场需求迫切、供应链带动作用明显的工业产品。研究内容包括梳
9月9日,江苏常州2024年工业高质量发展专项资金支持强化重大项目招引拟奖励项目名单公示。其中包括江苏国瓷金盛陶瓷科技有限公司的新能源汽车电机配件及芯片封装结构件项目、常州亿晶光电科技有限公司的扩建4GW晶硅高效电池流水线、东方日升(江苏)新能源有限公司的高效电池片生产线改造项目、常州武
北极星储能网获悉,2024年度,江苏无锡市市场监督管理局对储能产品质量进行了监督抽查。共抽查产品4批次,合格率为100%。并且发布了购买储能产品的消费提示:(一)购买时的常识储能产品(电力储能用锂离子电池产品)是通过使用锂离子电池等介质或设备将电能进行储存并在需要时再释放出来的电池产品。
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!