廣告里程焦慮，一直是電動(dòng)汽車市場(chǎng)沒有拔掉的“刺”。傳統(tǒng)電池材料已不能滿足鋰離子電池高容量化的發(fā)展，電池新材料的攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程亟待加快。
天津師范大學(xué)物理與材料科學(xué)學(xué)院研究員張波帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，依托該校儲(chǔ)能材料表面技術(shù)國(guó)際聯(lián)合研究中心，在高容量硅碳負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化方面進(jìn)行了10年研發(fā)。近日，天津師范大學(xué)與江蘇貝嘉寧硅業(yè)有限公司成功簽約，共轉(zhuǎn)讓9項(xiàng)發(fā)明專利，使科技創(chuàng)新成果從實(shí)驗(yàn)室走向企業(yè)生產(chǎn)線。
目前，在大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用方面，鋰離子電池負(fù)極材料以人造石墨為主。石墨負(fù)極材料的容量已經(jīng)接近其理論容量，提升空間非常有限。
硅材料的理論容量是石墨的10倍，且硅基負(fù)極材料還具有低脫嵌鋰電位、環(huán)境友好、儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)，被視為最具潛力的下一代負(fù)極材料。
張波團(tuán)隊(duì)早在10年前便把硅碳負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用作為研究方向和開發(fā)目標(biāo)。
“我們?cè)谘邪l(fā)的過程中，攻克了硅碳負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化中的諸多關(guān)鍵問題。”張波說。
在研發(fā)初期，科研團(tuán)隊(duì)最先遇到的難題就是硅的納米化。“我們把納米硅和碳進(jìn)行復(fù)合，但數(shù)據(jù)結(jié)果不理想。國(guó)產(chǎn)納米硅不能滿足生產(chǎn)需求，而進(jìn)口納米硅價(jià)格又十分高昂。”張波說，為此團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，從原料的預(yù)處理到設(shè)備的改造、工藝條件的優(yōu)化，終于將硅的尺度降低到50納米以下，解決了硅的納米化問題。
“我們還實(shí)現(xiàn)了納米硅的有效分散和包覆，并將其與石墨負(fù)極材料進(jìn)行了匹配。這樣既可以提升復(fù)合材料的比容量，又可以保證硅碳負(fù)極較高的庫倫效率。”張波介紹，團(tuán)隊(duì)制備的硅碳負(fù)極材料，相較傳統(tǒng)材料，可有效提升鋰離子電池容量，使電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車的續(xù)航時(shí)間增加20%至30%，同時(shí)提升材料穩(wěn)定性，降低成本，整體工藝?yán)谝?guī)?；a(chǎn)。
除了汽車動(dòng)力電池外，目前鋰離子電池還應(yīng)用于3C類電子產(chǎn)品和儲(chǔ)能電池。這些領(lǐng)域?qū)︿囯x子電池都有高容量化的需求，但具體要求又不盡相同。
“3C類電子產(chǎn)品已開始采用硅碳負(fù)極材料，增加電池的容量提高了電子產(chǎn)品的待機(jī)時(shí)間。”張波介紹。
中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)發(fā)布的《2024年中國(guó)新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，預(yù)計(jì)2025年全球鋰離子電池儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)量將超過300GW，其中，中國(guó)鋰離子電池儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)量將達(dá)65—70GW。在動(dòng)力電池領(lǐng)域，以特斯拉為首的電動(dòng)汽車企業(yè)正在積極導(dǎo)入硅碳負(fù)極材料，提升電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。
據(jù)介紹，按照預(yù)測(cè)，2025年，硅碳負(fù)極材料的市場(chǎng)需求將達(dá)到30萬噸，產(chǎn)值將達(dá)到200億元—300億元。納米硅、硅碳負(fù)極材料的市場(chǎng)前景非常廣闊。目前，國(guó)內(nèi)外的機(jī)構(gòu)都在積極布局。
“我們研發(fā)工作開展得非常早，解決了很多核心問題，尤其是在工程化方面進(jìn)行了10年的積累，成果優(yōu)勢(shì)非常明顯。”張波說。
江蘇貝嘉寧硅業(yè)有限公司對(duì)該創(chuàng)新成果的市場(chǎng)前景十分看好。公司相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，面向新材料，他們將持續(xù)投資。一期產(chǎn)線建成后，年產(chǎn)值將達(dá)到1000萬元。在此基礎(chǔ)上，二期計(jì)劃投資1.6億元，年產(chǎn)值將達(dá)到2.5億元。
張波表示，下一步，他們將繼續(xù)依托學(xué)校和企業(yè)研發(fā)平臺(tái)，研發(fā)新一代硅碳負(fù)極材料，繼續(xù)優(yōu)化硅碳材料結(jié)構(gòu)，提升材料的性能，降低材料的成本，提高工藝穩(wěn)定性和成熟度。
里程焦慮，一直是電動(dòng)汽車市場(chǎng)沒有拔掉的“刺”。傳統(tǒng)電池材料已不能滿足鋰離子電池高容量化的發(fā)展，電池新材料的攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程亟待加快。
天津師范大學(xué)物理與材料科學(xué)學(xué)院研究員張波帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，依托該校儲(chǔ)能材料表面技術(shù)國(guó)際聯(lián)合研究中心，在高容量硅碳負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化方面進(jìn)行了10年研發(fā)。近日，天津師范大學(xué)與江蘇貝嘉寧硅業(yè)有限公司成功簽約，共轉(zhuǎn)讓9項(xiàng)發(fā)明專利，使科技創(chuàng)新成果從實(shí)驗(yàn)室走向企業(yè)生產(chǎn)線。
目前，在大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用方面，鋰離子電池負(fù)極材料以人造石墨為主。石墨負(fù)極材料的容量已經(jīng)接近其理論容量，提升空間非常有限。
硅材料的理論容量是石墨的10倍，且硅基負(fù)極材料還具有低脫嵌鋰電位、環(huán)境友好、儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)，被視為最具潛力的下一代負(fù)極材料。
張波團(tuán)隊(duì)早在10年前便把硅碳負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用作為研究方向和開發(fā)目標(biāo)。
“我們?cè)谘邪l(fā)的過程中，攻克了硅碳負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化中的諸多關(guān)鍵問題。”張波說。
在研發(fā)初期，科研團(tuán)隊(duì)最先遇到的難題就是硅的納米化。“我們把納米硅和碳進(jìn)行復(fù)合，但數(shù)據(jù)結(jié)果不理想。國(guó)產(chǎn)納米硅不能滿足生產(chǎn)需求，而進(jìn)口納米硅價(jià)格又十分高昂。”張波說，為此團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，從原料的預(yù)處理到設(shè)備的改造、工藝條件的優(yōu)化，終于將硅的尺度降低到50納米以下，解決了硅的納米化問題。
“我們還實(shí)現(xiàn)了納米硅的有效分散和包覆，并將其與石墨負(fù)極材料進(jìn)行了匹配。這樣既可以提升復(fù)合材料的比容量，又可以保證硅碳負(fù)極較高的庫倫效率。”張波介紹，團(tuán)隊(duì)制備的硅碳負(fù)極材料，相較傳統(tǒng)材料，可有效提升鋰離子電池容量，使電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車的續(xù)航時(shí)間增加20%至30%，同時(shí)提升材料穩(wěn)定性，降低成本，整體工藝?yán)谝?guī)模化生產(chǎn)。
除了汽車動(dòng)力電池外，目前鋰離子電池還應(yīng)用于3C類電子產(chǎn)品和儲(chǔ)能電池。這些領(lǐng)域?qū)︿囯x子電池都有高容量化的需求，但具體要求又不盡相同。
“3C類電子產(chǎn)品已開始采用硅碳負(fù)極材料，增加電池的容量提高了電子產(chǎn)品的待機(jī)時(shí)間。”張波介紹。
中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)發(fā)布的《2024年中國(guó)新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，預(yù)計(jì)2025年全球鋰離子電池儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)量將超過300GW，其中，中國(guó)鋰離子電池儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)量將達(dá)65—70GW。在動(dòng)力電池領(lǐng)域，以特斯拉為首的電動(dòng)汽車企業(yè)正在積極導(dǎo)入硅碳負(fù)極材料，提升電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。
據(jù)介紹，按照預(yù)測(cè)，2025年，硅碳負(fù)極材料的市場(chǎng)需求將達(dá)到30萬噸，產(chǎn)值將達(dá)到200億元—300億元。納米硅、硅碳負(fù)極材料的市場(chǎng)前景非常廣闊。目前，國(guó)內(nèi)外的機(jī)構(gòu)都在積極布局。
“我們研發(fā)工作開展得非常早，解決了很多核心問題，尤其是在工程化方面進(jìn)行了10年的積累，成果優(yōu)勢(shì)非常明顯。”張波說。
江蘇貝嘉寧硅業(yè)有限公司對(duì)該創(chuàng)新成果的市場(chǎng)前景十分看好。公司相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，面向新材料，他們將持續(xù)投資。一期產(chǎn)線建成后，年產(chǎn)值將達(dá)到1000萬元。在此基礎(chǔ)上，二期計(jì)劃投資1.6億元，年產(chǎn)值將達(dá)到2.5億元。
張波表示，下一步，他們將繼續(xù)依托學(xué)校和企業(yè)研發(fā)平臺(tái)，研發(fā)新一代硅碳負(fù)極材料，繼續(xù)優(yōu)化硅碳材料結(jié)構(gòu)，提升材料的性能，降低材料的成本，提高工藝穩(wěn)定性和成熟度。
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