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
“掺硅补锂”是一项重要的锂电池技术,代表着研发实力和资金实力,也能够解决电动汽车核心焦虑。
(本文来源:微信公众号"高工锂电"ID:weixin-gg-lb)
背景
目前,全行业似乎仍在期待着掺硅补锂技术的进展。从材料企业看,TDK、天齐锂业等在5年前,就开始了补锂材料的研发制备;从电芯企业看,宁德时代、国轩高科、欣旺达、A123、ATL、比亚迪、中创新航、珠海冠宇、微宏动力等都有涉及该技术;从手机企业看,小米(11 Ultra高硅极片补锂技术);从车企看,蔚来汽车/特斯拉(预锂化+硅负极)等不约而同地都从硅负极材料或预锂化技术下手,也表明“硅负极、预锂化”将加速进入电池技术较量之列,并有望在2022年开启产业规模化推广应用。
市场往往先于技术或宽于技术,已有多家汽车厂商宣称,可通过新技术让电池做到1000km续航,比如广汽埃安LX Plus的“海绵硅负极片”电池,上汽智己的“掺硅补锂”电池,小康SF5的“固态电池”,还有蔚来ET7的“固态电池”,特斯拉Cybertruck 的“预锂化”电池。
事实上,一味追求长续航里程,似乎显得不那么重要。相反,电动车的成本、安全、寿命更需要考虑。基于现有的锂电池技术,需要钴和镍来提升动力电池性能。而这两种都是贵金属,一般在高档电动车型上使用。2022年小鹏、理想将分别发布小鹏G9、理想X01,预计价格在40万元左右。而恰巧的是,这些高端车型,现在都有意愿追逐“掺硅补锂”技术。
掺硅补锂
掺硅补锂是两种技术,且行之有年,主要作用是提升电池的性能(续航和寿命)。掺硅是负极掺硅,提升比能量;补锂,既可以从负极补锂,也可以从正极补锂,都可以提升电池寿命。而往往长寿命和能量密度交织在一起,于是“掺硅补锂”就成了高性能动力电池技术的代表。
掺硅可以显著提升动力电池能量密度。
从技术上看,若要提升动力电池的性能,则材料的改性是第一步。理论上,硅的克容量为4200mAh/g,是石墨的10倍。而无论是正极NCM或NCA,负极采用石墨体系,锂离子电池的能量密度都已到了天花板300Wh/kg。如果要进一步提升能量密度,确实需要在硅基负极上做足功夫。
根据维基百科信息(如上图),硅(Silicon)是一种化学元素,化学符号是Si,原子序数14,相对原子质量28.0855,有无定形硅和晶体硅两种同素异形体,属于元素周期表上第三周期,IVA族的类金属元素。
作为一种常见的一种元素,硅极少以单质的形式在自然界出现,而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式,广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。从丰度上看,硅在宇宙中的储量排在第8位;在地壳中,它是第二丰富的元素,构成地壳总质量的26.4%,仅次于第1位的氧(49.4%)。
需要指出的是,硅材料克容量高(理论上掺越多的硅)储锂性能越好,但是高膨胀率(是石墨的30倍)是电极材料的致命伤。在充放电过程中,硅的体积会大幅度膨胀收缩,虽然提升了锂电池的能量密度,但是会影响锂电池的寿命,因此需要从技术上想办法箍住硅材料的膨胀。
电池厂商的一般做法是,选择了折中路线,提升硅材料的颗粒度,如在碳负极中掺入纳米级的硅材料形成碳硅负极-“石墨+硅”, 粘接剂上采用“SBR”+“PPA”+“PVDF”。
硅基负极分为两大类:
一种是硅碳负极,即纳米硅和石墨掺混使用,克容量超过3000mAh/g,但实际克容量超2000mAh/g;
另一种是硅氧负极,氧化亚硅掺混石墨作为负极,克容量为1400-1800mAh/g。
应用方面,国内3C消费电子产品一般用到硅碳负极比较多;而车用动力电池方面一般采用硅氧负极比较多。
现在的问题是,1)掺硅的比例不能太高,一般是5%~10%;2)硅基负极材料的价格贵,目前按照掺5%硅而成的硅负极材料,国内价格已经超过10万元/吨,甚至海外价格有超100万元/吨。如何大规模产业化,又好又快有多有又便宜是一个亟待解决的问题。
补锂可以显著提升动力电池循环寿命。
为了提升动力电池性能,除了在负极中“掺硅”,锂电行业工程师们还想到了“补锂”。锂电常识告诉我们,电池在第一次充电的时候,Li+从正极游向负极的路上,负极成膜一般会产生大约10%的不可逆容量损耗。
为解决这一问题,行业一般的做法是,先预一部分锂在电极材料上,有可能是负极,也有可能是正极,以弥补这部分损失。而正极补锂一般用的是硫酸锂为主(也有用Li3N,核心要义是锂离子从正极到负极。);负极补锂则用锂粉或者锂带(打孔-蒸镀-延压),或为一种技术趋势。其他方法,则包括电化学补锂、真空镀锂,但大同小异。
但可以确定的是,补锂可以算是为“吃锂”量身定做的,这项技术既可以补充首圈成膜带来的损失,又可以作为后续SEI/CEI膜生长。
从学术角度看,锂带是金属锂打成薄带状,金属锂纯度不少于98%,每块约15cm左右,钝化后会浮在液体石蜡里,可以用一个比较重的塑料片压住;锂粉制备需要在惰性气氛下将金属锂加入到第一溶剂中(石蜡油),第一溶剂与金属锂不发生反应,加热至金属锂熔融,搅拌使熔融的金属锂分散钝化,冷却后进行清洗并干燥,而后得到锂粉颗粒。
根据维基百科信息(如下图),锂原子序数3,原子量6.94,是最轻的碱金属元素。自然界中主要的锂矿物为锂辉石、锂云母、透锂长石和磷铝石等形式存在。金属锂为一种银白色的轻金属;熔点为180.54°C,沸点1342°C,密度0.534 g/cm3,硬度0.6。金属锂可溶于液氨。锂很容易与氧、氮、硫等化合。锂表面的氮氧化物膜被溶解,从而使反应更加剧烈。
几种补锂技术进展
补锂技术有三种:1)真空卷绕蒸镀补锂;2)富锂正极、化成补锂;3)压延式锂带补锂。
1)真空卷绕蒸镀补锂技术。其基本原理是:利用真空镀膜和自动化设计,卷对卷循环运转。该方法,可以实现镀锂均匀性好,并大规模批量生产,但距离商业化还有一段距离,更需要市场需求驱动。
距离商业化较远的原因近期也被实践证明。产业常识告诉我们,在搅拌中加富锂材料,是最安全补锂方式。但是真空卷绕蒸镀补锂的技术在此前测试中一度被否定,另外锂粉、锂带都太危险,而且价格不菲,比如一卷锂带10万-50万。另外,需要强调的是,当下真空卷绕蒸镀补锂,其解决问题的着眼点仍然是锂金属表面钝化以及抑制锂枝晶的生长,但究竟效果怎么样,还需要拭目以待。
该技术的代表企业依旧是CATL(宁德时代)、ATL(东莞/宁德新能源)、中创新航、珠海冠宇、合肥国轩、微宏动力等。
2)富锂正极、化成补锂技术。其基本原理是:采用富锂正极,包括内核以及碳包覆层,碳包覆层包覆内核,内核涵盖氟化锂以及金属单质颗粒(M)。化成时,富锂正极向负极提供额外锂离子。
该方法的优势在于能补偿负极不可逆容量的锂离子损失,从而改善正极克容量发挥,最终提高二次锂电池的能量密度。但是该方法在发挥克容量上效果有限,最终也被实践证明短期走不通。而另外,富锂正极材料制备也有一定的技术难度和资金门槛。
代表企业依旧是ATL(东莞/宁德新能源)。
3)压延式锂带补锂技术。其基本原理是:在搅拌中加富锂材料,压延设备模块将锂带压延成锂箔并附着在离型膜上,形成补锂带。然后在真空干燥条件下,存储补锂带。接着覆合模块通过在极片上压延补锂带,进而将锂箔附着在负极片上。该技术的优势是压延模块和覆合模块彼此独立。能避免压延模块的运行速度和覆合模块的运行速度之间的相互牵制,从而保证极片补锂装置的生产产能,同时使压延模块的利用率提高。
尽管该技术对环境要求苛刻,要么补锂不充分导致能量密度提升不显著,要么补锂过度,形成锂镀层甚至锂枝晶,损失电池性能。另外该技术还能在现有设备和产业链上,利用压辊、测试仪器、辅助试剂等装置,能精确控制,可解决补锂不充分问题。事实上,压延式锂带补锂技术,是第一种成功补锂技术。该技术的成功不仅是因为补锂工序简单,能实现自动化生产,更多是能够兼顾材料成本、设备成本、厂房管理成本。
该技术的代表企业依旧是CATL(宁德时代)等。
未来发展
毫无疑问,“掺硅补锂”是一项重要的锂电池技术,也代表着研发实力和资金实力,也能够解决电动汽车核心焦虑。但随着固态电池技术、氢燃料电池以及其他磷酸锰铁锂、钠离子电池、高锰电池、铝空气电池的逐步发展,快充及800V平台技术的加速落地,电动汽车的寿命焦虑和性能焦虑都将得到解决。因此,供给侧要引导市场需求,而不是一味的过度设计,甚至“营养过剩”。在考虑资源紧缺的情况下,掺硅补锂技术就只能是尽量的配套高档电动车型,而不是普遍使用。
需要指出的是,任何一项技术,都有技术可行性和经济可行性,而不是“公说公有理、婆说婆有理”,“掺硅补锂”技术也概莫能外。尽管全行业都在关注该技术,但随着锂离子动力电池技术多元发展及配套的齐头并进,锂资源的捉襟见肘和锂电池的安全却更需要关注。
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。
全球视野,中国制造。4月25日,由深圳市战略性新兴产业发展促进会,PNEEXPO组委会、印尼米奥兰特主办,英特尔大湾区科技创新中心联合主办的“印尼电车及周边配套对接交流会”,在英特尔大湾区科技创新中心19楼成功召开,本次会议得到了PERIKLINDO印尼电动汽车工业协会的支持,车桩网,索比储能,北极星
如果你最近和燃油车主聊天,他们可能不会关注小米SU7卖得好不好,也不会关注谁家又出了新车,而是大概率会向你诉苦,如今的油价一涨再涨,每一脚踩下去都是钱,出门开车都没法痛痛快快地开了。4月17日0点,油价迎来2024年最大上调,此次油价上涨是2024年的“第5次”上涨,经过这一轮调整后,92#汽油价
过去“10年来动力电池能量密度提升3倍,成本下降80%以上。”中国科学院院士欧阳明高表示。实际上,对于300Wh/kg能量密度的动力电池,行业目前已经司空见惯。国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》指出,到2025年动力电池单体比能量达到400Wh/kg,2030年能量密度达到500Wh/kg。随
记者从中国汽车流通协会相关部门了解到,4月上半月,我国新能源乘用车零售渗透率首次突破50%。该协会的乘用车市场联席分会的数据显示,4月1日至14日,我国新能源乘用车市场零售26万辆,同比增长32%,4月上半月,新能源乘用车零售渗透率为50.39%,首次超过传统燃油乘用车。近二十年来,新能源汽车以惊人
近期,拜登政府“以威胁国家安全”的名义,宣布将调查在中国制造的电动汽车。关于中国电动车是否会窃取数据的讨论也不断增多,甚至导致当前电动车出口增速出现放缓。中国电动车真的会威胁国家安全吗?美国的调查依据是什么?中国电动汽车究竟得罪了谁?为了找到所有信息的源头,我们利用最新的大模型技
4月23日,甘肃定西安定区电动汽车充换电基础设施建设运营管理办法征求意见。其中提到,电网企业要根据电动汽车发展规划和应用推广情况,按照“适度超前”的原则,结合老旧小区改造,积极推进现有居民区(含高压自管小区)停车位的电气化改造。同时,电网企业要按照优化服务、简化手续的原则,制定充电
北极星储能网讯,4月23日,湖南省人民政府印发《湖南省推动大规模设备更新和消费品以旧换新实施方案》的通知。文件强调:加快发展再制造产业。鼓励对具备条件的废旧生产设备实施再制造,再制造产品设备质量特性和安全环保性能应不低于原型新品。大力推进产业基础较好的工程机械、农用机械、轨道交通、
北极星储能网获悉,据中国汽研消息,4月18日,由中国汽车工程研究院股份有限公司(以下简称“中国汽研”)与中国标准化研究院牵头的《电动汽车充电桩能效限定值及能效等级》强制性国家标准起草工作启动会在中国汽研礼嘉本部顺利召开。多位行业领导专家及华南理工大学、北京理工大学专家学者等共70余人
据中国汽车工业协会分析,春节后,企业生产经营活动加快,制造业景气面明显扩大、重返扩张区间,市场预期继续向好。一季度,汽车行业经济运行起步平稳,实现良好开局。具体来看,汽车产销呈现较快增长,乘用车和商用车均有良好表现;新能源汽车延续快速增长势头,市场占有率稳定在30%;整车出口依然保
北极星储能网获悉,4月18日,360创始人、董事长周鸿祎更新个人微博,称“做了一个艰难的决定,我要把陪伴我9年的迈巴赫600给卖掉。”随后,他解释道:“这是因为我需要体验新一代车的感觉。古人说要‘破釜沉舟’,所以我就把这车卖掉,放弃传统意义的豪华车,换上国产新能源智能网联车。”同时他还表示
北极星储能网获悉,4月15日,工信部发布《减免车辆购置税的新能源汽车车型目录》(第四批)公告,在《减免车辆购置税的新能源汽车车型目录》(第四批)中,小米SU7、比亚迪海豹、智界S7等均列入新车型纯电动汽车乘用车车型名单。减免车辆购置税的新能源汽车车型目录(第四批)纯电动汽车-乘用车车型如
全球视野,中国制造。4月25日,由深圳市战略性新兴产业发展促进会,PNEEXPO组委会、印尼米奥兰特主办,英特尔大湾区科技创新中心联合主办的“印尼电车及周边配套对接交流会”,在英特尔大湾区科技创新中心19楼成功召开,本次会议得到了PERIKLINDO印尼电动汽车工业协会的支持,车桩网,索比储能,北极星
动力电池应用分会数据显示,今年一季度,中国市场动力电池装机量约为85.7GWh,同比增长24.3%。同期,中国新能源汽车产量约为211.5万辆,同比增长28.1%。值得注意的是,今年一季度,理想汽车、问界、埃安、蔚来、零跑、深蓝、极氪、岚图、阿维塔等造车新势力或新品牌,凭借快速增长的产销量,带动动力电
4月25日,2024(第十八届)北京国际汽车展览会在中国国际展览中心正式拉开帷幕。蜂巢能源携旗下全新PHEV和增程市场热销大单品62Ah、90Ah、117Ah,及100Ah龙鳞甲混动三元快充电池和供坦克700越野豪华车专用电池包亮相北京车展。这是蜂巢能源首次全系插混产品亮相车展,并首次与搭载的长城全系车型同台亮
如果你最近和燃油车主聊天,他们可能不会关注小米SU7卖得好不好,也不会关注谁家又出了新车,而是大概率会向你诉苦,如今的油价一涨再涨,每一脚踩下去都是钱,出门开车都没法痛痛快快地开了。4月17日0点,油价迎来2024年最大上调,此次油价上涨是2024年的“第5次”上涨,经过这一轮调整后,92#汽油价
数据显示,2024年4月的前半个月,中国乘用车零售51.6万辆。其中,新能源乘用车零售26万辆,同比增长32%,新车渗透率达50.39%,占比首次超过传统燃油车!而且值得一提的是,新车渗透率突破50%的时间,比我国原定的2035年提前了11年。这不仅是中国交通领域能源转型的重要标志,表明中国汽车产业持续向绿色
北极星储能网获悉,据卫蓝新能源消息,2024年4月22日,北京卫蓝新能源科技股份有限公司与钇威汽车科技有限公司在钇威汽车科技有限公司合肥签署了战略合作协议。双方将基于江淮钇为全球第二代纯电平台——DI平台,合作开发4695大圆柱半固态电芯应用的车型,该车型将采用原位固态技术,实现整车600km-100
北极星储能网获悉,4月25日,宁德时代在北京车展上发布神行PLUS电池,为全球首款实现1000公里续航的磷酸铁锂电池。神行PLUS电池支持4C倍率快充,实现充电10分钟,续航600公里。神行PLUS电池首创一体式外壳结构,大幅提升空间利用率,电池系统在CTB3.0基础上优化,体积效率提升7%,能量密度达到205Wh/kg
过去“10年来动力电池能量密度提升3倍,成本下降80%以上。”中国科学院院士欧阳明高表示。实际上,对于300Wh/kg能量密度的动力电池,行业目前已经司空见惯。国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》指出,到2025年动力电池单体比能量达到400Wh/kg,2030年能量密度达到500Wh/kg。随
北极星电池网获悉,来自木垒县融媒体中心的消息显示,4月23日,新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州木垒县2024年第二批重点项目集中开工。据悉,此次集中开工14个重点项目,总投资29亿元。其中年产2GWh锂电池项目开工。据了解,该项目由新疆宁迪新能源科技有限公司投建,总投资4.99亿元,项目建成后预计年
动力电池出货量同比增长19%三元动力电池市场占比超30%高工产研锂电研究所(GGII)初步调研数据显示,2024Q1中国锂电池出货量200GWh,同比增长18%。其中动力、储能电池出货量分别为149GWh、40GWh,同比分别增长19%、14%。分技术路线看,2024Q1动力三元电池出货量47GWh,在动力电池中占比32%,较2023年提
4月24日,据孚能科技消息,孚能科技超级软包解决方案SPS(SuperPouchSolution)首个量产配套车型——吉利雷达地平线正式发布。吉利雷达地平线此次推出的纯电动四轮驱动车型采用了孚能科技首个磷酸铁锂材料体系的SPS(超级磷酸铁锂系统)。这标志着孚能科技的SPS产品在性能和质量方面已经通过了客户的全
据贵州改革消息,4月21日,以“服务和融入国家战略共赢产业发展新未来”为主题的2024中国产业转移发展对接活动(贵州)在贵阳举办。此次活动上,贵州毕节磷煤化工一体化项目签约,金额730亿元。据悉,“贵州毕节磷煤化工一体化项目”拟投资建设年产150万吨磷酸铁和80万吨磷酸铁锂项目,配套建设磷化工
北极星电池网获悉,特斯拉供应商澳大利亚锂矿公司PiedmontLithium当地时间4月15日宣布,已从美国北卡罗来纳州监管机构获得拖延已久的拟建卡罗莱纳锂矿项目的建设和运营许可,条件是缴纳100万美元的复垦保证金。北卡罗来纳州环境质量部的能源、矿产和土地资源司在对Piedmont于2021年提交的申请进行审查
近日,据雅化集团官方微信号披露,雅化集团旗下KMC公司卡玛蒂维矿山一期正式投产。卡玛蒂维是雅化集团在非洲的第一个大型矿山建设项目。据了解,卡玛蒂维一期年处理锂矿石达30万吨,二期处理锂矿石约200万吨。按照规划,项目第一期已建成投产开始生产运营,项目二期计划预计于2024年6月投产。届时,整
北极星电池网获悉,据贝特瑞消息,4月8日上午,贝特瑞地中海年产5万吨锂离子电池正极材料项目在摩洛哥丹吉尔科技城举行开工仪式。贝特瑞地中海公司董事长杨顺毅,贝特瑞地中海公司总经理杨平州,丹吉尔地中海港集团服务板块董事长/摩洛哥丹吉尔科技城(SATT)总经理JaafarMrhardy,SATT常务副总经理/CR
北极星电池网获悉,据贝特瑞消息,3月29日,贝特瑞与摩洛哥政府在拉巴特签署投资协议,将在摩洛哥设立项目公司投资建设锂电池正极材料项目,满足市场需求,拓展海外市场份额。根据双方协议,贝特瑞地中海项目选址摩洛哥丹吉尔科技园城,将打造一个正极材料制造厂,生产锂离子电池关键材料,分阶段进行
北极星储能网获悉,1月15日,雅安市人民政府发布关于雅安市2023年国民经济和社会发展计划执行情况与2024年国民经济和社会发展计划草案的报告。文件提出,2024年主要预期目标建议。产业集群加快培育。部署实施制造强市三年行动,出台做强新型工业化主引擎实施方案及配套支持政策。天力锂能、雅化锂业二
1月11日,广西玉林市人民政府、中广核风电有限公司、华友控股集团有限公司锂电新能源材料一体化智能制造零碳产业园合作协议签约仪式在南宁举行。锂电新能源材料一体化智能制造零碳产业园以锂电新能源材料一体化智能制造基地项目为基础,以华友控股集团为龙头企业,聚焦发展三元正极材料、磷酸铁锂项目
12月14日,企查查显示,近日,深圳市北宸创新材料科技有限公司(下称“北宸创新”)发生工商变更,新增中小企业发展基金联想(天津)合伙企业(有限合伙)为股东,注册资本增至约6368.3万元。公开资料显示,北宸创新成立于2020年12月,拥有生产磷酸盐系列前驱体的平台型技术。公司凭借该平台型技术,已
12月9日消息,河南惠强新能源材料科技股份有限公司向河南证监局申请辅导备案登记,民生证券为辅导机构。资料显示,河南惠强新材是一家从事锂电池隔膜研发、生产和销售的国家级高新技术企业,主要产品包括三层共挤隔膜、单层隔膜和涂覆隔膜。隔膜作为锂电池关键材料之一,广泛应用于新能源汽车、消费电
12月4日晚,华友钴业披露了与福特汽车、淡水河谷合作波马拉项目的最新进展。近日,华友钴业全资子公司Huaqi(Singapore)Pte.Ltd(下称“华骐新加坡”)收到PTValeIndonesiaTbk(下称“淡水河谷印尼”)出具的波马拉矿山FEL-3可行性研究报告。该可行性研究报告显示,波马拉矿山可支持年产12万吨湿法冶
北极星储能网获悉,近日重庆经信委印发《重庆市先进材料产业集群高质量发展行动计划(2023—2027年)》。《计划》提出,以打造重庆万亿级先进材料产业集群为目标,大力发展轻合金、优特钢、精品铜材、高性能纤维及复合材料、高端合成材料;加强光伏材料、锂电材料、氢能材料、特种功能材料等产业培育。
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!