硅碳復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化漸近
日期：2015-05-04
來源：
瀏覽：340
鋰電池四大材料中，正極材料、隔膜及電解液的產(chǎn)品種類較為豐富，且性能各異、各具特色。相較而言，負(fù)極材料以石墨為主打產(chǎn)品的舞臺(tái)，則稍顯單調(diào)。
隨著下游應(yīng)用要求的逐步提高，新型負(fù)極材料備受業(yè)內(nèi)關(guān)注，對(duì)石墨似乎形成了潛在的威脅。湖州創(chuàng)亞動(dòng)力電池材料有限公司(下稱“湖州創(chuàng)亞”)總經(jīng)理胡博透露：“國(guó)內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)正在開發(fā)硅碳復(fù)合材料，甚至有企業(yè)開始嘗試著將硅碳復(fù)合材料應(yīng)用到18650電池上。”
高工產(chǎn)業(yè)研究院(GGII)調(diào)研也發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)各大負(fù)極材料企業(yè)(如江西正拓、江西紫宸、星城石墨、湖州創(chuàng)亞等)均在著手開發(fā)硅碳復(fù)合材料。整體來看，硅碳復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化似乎越來越近。
研究進(jìn)程加快
在高工產(chǎn)業(yè)研究院(GGII)的2014年度盤點(diǎn)中，硅碳復(fù)合材料被認(rèn)為是“影響未來鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的10大潛力材料”之一。
理論上來說，硅碳復(fù)合材料確實(shí)擁有石墨材料難以達(dá)到的性能。比如，硅碳復(fù)合材料的理論克容量約為4200mAh/g,比石墨材料的理論克容量372mAh/g高出了10倍有余。在追求高容量的動(dòng)力電池時(shí)代，硅碳復(fù)合材料若能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，將大大提升單體電芯的容量，有效緩解業(yè)內(nèi)對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的擔(dān)憂。
正因如此，國(guó)內(nèi)外眾多廠家對(duì)硅碳復(fù)合材料的研究可謂“孜孜不倦”。
日前有消息稱，美國(guó)加州電池開發(fā)商Enevate Corporation宣布推出用于鋰離子電池的HD-Energy技術(shù)，該技術(shù)使高能量密度的可充電鋰離子聚合物電池成為可能。該聚合物電池使用以硅為主要材料的新型復(fù)合陽(yáng)極(即電池負(fù)極)，其能量密度是傳統(tǒng)石墨陽(yáng)極的4倍。
工程院院士陳立泉表示，國(guó)外商用動(dòng)力鋰電池普遍采用三元材料與新型負(fù)極材料(如硅碳復(fù)合材料)組合，已經(jīng)能夠?qū)㈦姵乇饶芰孔龅?50Wh/Kg左右。而在新型鋰電池材料開發(fā)與應(yīng)用上，國(guó)內(nèi)材料行業(yè)與國(guó)外存在差距。
令人欣喜的是，國(guó)內(nèi)材料行業(yè)已經(jīng)察覺終端市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品性能的需求，以及與國(guó)外高端材料的差距。近幾年，國(guó)內(nèi)鋰電負(fù)極材料領(lǐng)域發(fā)生了些許變化，尤其是硅碳復(fù)合材料。
GGII調(diào)研顯示，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額名列前茅的負(fù)極材料企業(yè)均在開發(fā)硅碳復(fù)合材料。從方面來看，截至2014年末，硅碳復(fù)合材料的共有269項(xiàng)，其中2012-2014年共申請(qǐng)186項(xiàng)，占比69%。
GGII分析師高小兵表示：“近幾年硅碳復(fù)合材料方面的上升，代表著行業(yè)內(nèi)對(duì)硅碳復(fù)合材料的重視，硅碳復(fù)合材料的研究進(jìn)程正逐步加快。”
而硅碳復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用也被很多業(yè)內(nèi)人士看好。胡博表示：“在未來2-3年內(nèi)，對(duì)于追求高容量、循環(huán)要求不太高的電芯應(yīng)用領(lǐng)域來說，應(yīng)用硅碳復(fù)合材料作為負(fù)極材料應(yīng)該是比較好的選擇。目前的硅碳復(fù)合材料整體處于產(chǎn)品導(dǎo)入階段，電芯企業(yè)有意愿試用新型的負(fù)極材料產(chǎn)品。如若進(jìn)展快速，硅碳復(fù)合材料或有可能在一兩年內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。”
江西正拓CTO楊建鋒介紹，對(duì)于克容量400-500mAh/g的硅碳復(fù)合材料，國(guó)內(nèi)的小批量生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)研究已接近成熟，有望在方形鋁殼和圓柱形數(shù)碼鋰電池上得到推廣應(yīng)用。
瓶頸待突破
不可否認(rèn)，業(yè)內(nèi)看好硅碳復(fù)合材料發(fā)展的人士日漸增多。但GBII在調(diào)研后表示，目前硅碳復(fù)合材料的發(fā)展仍面臨兩大瓶頸需突破。
先，如果硅碳復(fù)合材料用作負(fù)極材料，鋰電池在充放電過程中，硅碳的體積容易發(fā)生膨脹，且吸液能力強(qiáng)。從目前的技術(shù)研發(fā)情況來看，尚無辦法有效解決上述問題。
對(duì)此，胡博表示：“若未能找到有效的手段得以解決膨脹引起的問題，鋰電池的安全性能無法得到良好的保證，硅碳復(fù)合材料很難在新能源汽車上得到廣泛應(yīng)用。”
不僅如此，國(guó)內(nèi)硬碳材料產(chǎn)品性能和生產(chǎn)成本與人造石墨相比并無優(yōu)勢(shì)，短期內(nèi)批量應(yīng)用在EV動(dòng)力電池上的可能性不大。也即是說，硅碳復(fù)合材料可能會(huì)與鋰電池應(yīng)用極為重要的領(lǐng)域——動(dòng)力電池失之交臂。另辟蹊徑、尋求新的突破口，才能讓其施展高克容量的性能。
其次，用硅碳復(fù)合材料的鋰電池的循環(huán)壽命差，對(duì)于追求長(zhǎng)壽命、高循環(huán)性能的新一代鋰電池，單純用硅碳復(fù)合材料還難以解決這方面的難題。
目前，有企業(yè)在嘗試通過包覆、摻雜等方式，解決這方面的問題。但從行業(yè)研究進(jìn)展來看，現(xiàn)階段很多企業(yè)對(duì)硅碳復(fù)合材料的研究還僅限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，并沒有將產(chǎn)品真正推向市場(chǎng)試用。因此，在實(shí)際的產(chǎn)品應(yīng)用方面，缺乏相應(yīng)的數(shù)據(jù)作為有利的支撐與對(duì)比。
此外，一位資深業(yè)內(nèi)人士表示，對(duì)于電芯生產(chǎn)企業(yè)而言，硅碳復(fù)合材料除了基材的缺陷——面密度仍然較高導(dǎo)致成品率較低外，高耐溫芯片還需要開發(fā)一系列能承受多次高低溫沖擊、長(zhǎng)期高溫工作的芯片封裝工藝，以及耐高溫組裝(如PCB、焊料、保護(hù)層等配套技術(shù))，以便真正發(fā)揮出其400℃結(jié)溫的高功率密度優(yōu)勢(shì)。
所以在硅碳復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)過程中，負(fù)極材料企業(yè)不僅要提高產(chǎn)品的性能，還須做好與其它材料的配合，以及與電芯企業(yè)、PACK企業(yè)共同謀求鋰電池封裝工藝的升級(jí)。未來硅碳復(fù)合材料能否實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，有賴于這些“疑難雜癥”的解決。
更多信息請(qǐng)關(guān)注復(fù)合材料信息網(wǎng)http://m.lzzz.net
English
簡(jiǎn)體中文
