原材料工业是支撑国民经济发展的基础性产业,关乎到我国经济稳中向好的基底。碳化硅复合材料、碳基复合材料等作为重要的原材料,2021年被工信部纳入“十四五”产业科技创新相关发展规划。为了促其高质量发展,10月12日,2023(第三届)中国(长沙)碳基先进材料产业高质量发展论坛盛大开启。比克电池史晓泽博士以嘉宾身份出席活动,并针对“硅基负极在圆柱电池中的开发进展”话题做了精彩分享,汇同行业人士并肩探索原材料及新兴产业创新发展的更多可能性。
比克电池史晓泽博士现场分享
“研磨法硅碳材料的核心是通过硅颗粒之间的空隙来缓冲材料的综合体积膨胀,为材料膨胀提供了体积变化以及应力释放的空间。但目前研磨工艺只能将纳米硅尺寸控制在150nm以内且无法避免颗粒团聚,无法解决硅负极膨胀问题,因此其循环性能尚不能达标,目前依然只能应用于一些对循环要求不高的倍率型电池中,且添加量需控制在3%以内。随着供应端的技术更新以及对电池体系的优化,目前基于研磨法硅碳,比克可实现复合负极容量450mAh/g电芯的循环寿命接近900周。史晓泽博士指出。
对比之下,“气相沉积硅碳核心是通过多孔碳骨架来储硅,并通过多孔碳内部的空隙来缓冲体积膨胀,因此膨胀率低,循环优异。随着生产技术的突破,气相沉积硅碳得到了高度青睐,但从比克的测试结果来看,各家材料首效存在较大差异(78%-83%@0.8V),气相硅碳倍率及高温存储性能对比预锂硅氧较差。在较低添加量时,循环性能无明显优势,期待气相硅碳能在更极端的负极设计容量下展现出明显优势。”史晓泽博士进一步介绍道。
此外,“基于传统硅碳、新型硅碳、氧化亚硅等方面的研究进展,传统硅氧材料的整体膨胀得到了很大的改善,使得循环性能有了较好提升,但其首效很低,仅有76%左右,随着其添加量的增加,复合负极首效下降明显,对正极的利用率大大降低,面临成本与性能不成正比的窘境。因此业内正通过在材料端加入锂、镁等,有效提高硅氧材料首效。比克基于预锂硅氧材料,已实现270Wh/kg电芯量产。”史晓泽博士对于比克硅负极材料应用发展充满信心。
比克硅负极圆柱锂离子电池
硅基材料被誉为下一代动力电池负极材料,具有广阔的应用前景之余,其中锂反应机制尚未得到充分验证、与之相匹配的新型电解质添加剂和聚合物粘合剂未充分开发等成为亟待解决的发展问题。比克电池将持续深耕前沿技术,协同产业链上下游企业一道攻坚克难,共同推动中国新能源电池迈向新篇章。