¿Cómo hacer coincidir el electrodo / electrolito / aglutinante positivo del electrodo negativo de silicio-carbono de la batería de litio?

Desde la segunda mitad de 2017, una pequeña cantidad de baterías de litio que utilizan electrodos negativos de silicio-carbono se han introducido en el mercado digital de alta gama y las empresas de baterías eléctricas también están en proceso de investigación y desarrollo. El más rápido está a nivel piloto. En 2018, la cantidad de materiales compuestos de silicio-carbono alcanzará las 2000-3000 toneladas, que es aproximadamente el doble de la anual.

Para lograr el objetivo de lograr una densidad de potencia de 300Wh / kg para baterías de potencia en 2020, es imposible lograr el uso de grafito convencional. El uso de materiales de silicio-carbono es una salida inevitable. Es precisamente debido a la urgente necesidad de aumentar rápidamente la densidad de energía de las baterías de energía que se acerca la era de los ánodos de silicio-carbono.

Recientemente, las baterías de iones de litio de alta tecnología han aprendido de las compañías de baterías de carbono de silicio producidas en masa y las compañías de materiales de apoyo relacionados. A partir de la segunda mitad de 2017, las baterías de litio con ánodos de silicio-carbono se han introducido en el mercado digital de alta gama, y las empresas de baterías eléctricas también están trabajando arduamente para desarrollarlas. El más rápido está a nivel piloto. En 2018, la cantidad de materiales compuestos de silicio-carbono alcanzará las 2000-3000 toneladas, que es aproximadamente el doble de la anual.

"Las baterías de silicio-carbono de la empresa se utilizan principalmente para tecnología digital de alta gama". Un ejecutivo de una compañía de baterías reveló que aunque el costo de los ánodos de silicio-carbono es alto, el precio de los productos terminales también es alto. Las baterías de carbono de silicio no se utilizan como energía por el momento, no porque el desarrollo y la producción sean particularmente difíciles, pero la batería de energía necesita una larga vida útil y el tiempo de verificación no es suficiente.

Vale la pena mencionar que existe la opinión en la industria de que las compañías de baterías primero usarán ánodos de carbono de silicio para baterías digitales de litio, y luego podrán promoverlas en el campo de las baterías eléctricas. En la actualidad, las baterías cilíndricas, cuadradas y de paquete blando se prueban con ánodos de silicio-carbono. En términos relativos, la estructura 18650 es más adecuada para ánodos de silicio-carbono, que es relativamente más.

En general, las baterías de silicio-carbono son una tendencia inevitable en el desarrollo de la industria, y el tiempo de producción se acerca cada vez más, alrededor de un año más o menos, y se ralentiza durante dos años más o menos. En la actualidad, las principales empresas de materiales de ánodos están intensificando la expansión de la capacidad de producción de material de carbono de silicio, y la investigación, el desarrollo y la producción de materiales relacionados (materiales positivos NCM811 / NCA, adhesivo de electrolito) también están madurando.

Las empresas de materiales de ánodos están ampliando la capacidad de producción de materiales de silicio y carbono, y también están madurando el desarrollo y la producción de materiales de soporte relacionados.

Las compañías de baterías de energía aprovechan la respuesta empresarial negativa de la salida de aire de carbono de silicio a la expansión

De hecho, el ánodo de carbono de silicio ya se ha aplicado al campo de las baterías eléctricas. Cuando se lanzó el Tesla Model3 en abril de 2016, se señaló que el Model 3 usa una batería Panasonic, y el material del ánodo es un 10% de material a base de silicio agregado al grafito artificial. Por encima de 550 mAh / g, la densidad de energía puede alcanzar los 300 Wh / kg.

Además de la realización inicial de Panasonic de la industrialización de las baterías de silicio-carbono, las compañías de baterías de energía doméstica BYD, era Ningde, Tianjin Lishen, Wanxiang A123, Guoxuan Hi-Tech, Weihong Power, etc.han lanzado la investigación y el desarrollo de silicio-carbono. producir sistema de ánodo.

Según las noticias de octubre de 2016, el Departamento Provincial de Ciencia y Tecnología lanzó el proyecto "Desarrollo de tecnología de industrialización de baterías de iones de litio de nueva generación", iniciado conjuntamente por la era Ningde y el Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China, y el La investigación y el desarrollo de materiales ternarios con alto contenido de níquel se utilizó como electrodo positivo. La batería de iones de litio con el compuesto de silicio-carbono como electrodo negativo puede aumentar en gran medida la energía específica de la batería de iones de litio de la corriente 150-180Wh / kg a más de 300Wh / kg, mejorando efectivamente la competitividad internacional de la potencia. industria de baterías en China.

Se entiende que los proyectos anteriores se industrializarán y aplicarán en 2020, la batería de alta potencia desarrollada en ese momento duplicará el kilometraje de los vehículos eléctricos a 450-500 kilómetros.

En la primera mitad de 2017, las noticias mostraron que Tianjin Lishen tomó la iniciativa en el proyecto nacional "Investigación de tecnología de desarrollo e industrialización de baterías de energía de iones de litio de alta densidad específica de energía" para desarrollar una celda de batería de energía con una densidad de energía de 260Wh / kg. cargando y descargando 350 veces. Después del ciclo, la tasa de retención de capacidad alcanzó el 83,28%; Al mismo tiempo, se desarrollaron muestras de baterías de potencia con densidad de energía de 280Wh / kg y 300Wh / kg. Entre ellos, se aplica el material de ánodo compuesto de silicio-carbono.

También en el primer semestre de 2017, Guoxuan Hi-Tech tomó la iniciativa en el proyecto especial "Investigación y desarrollo de aplicaciones de integración e investigación de baterías de iones de litio alimentadas por energía de rutina". El progreso muestra que en este proyecto, el uso de cátodos con alto contenido de níquel material que se adapta al material del ánodo a base de silicio para lograr el monómero La densidad de energía de la batería es de hasta 281 Wh / kg, y la capacidad de la batería se mantiene a temperatura ambiente 350 veces a una capacidad de 1C. El material del electrodo positivo de iones de litio se combina con el material del ánodo a base de silicio para lograr una densidad de energía de 302Wh / kg, 0,5 ° C veces y un ciclo de temperatura ambiente. La capacidad de 195 veces se mantuvo al 80%.

Ya sea que se trate de I + D actual y producción piloto, o próximas aplicaciones por lotes, las compañías de baterías de energía posteriores tienen una clara necesidad de materiales de ánodo de silicio-carbono. Bajo esta tendencia, las principales empresas de materiales de ánodos respondieron positivamente y, al tiempo que ampliaron la fuerza de investigación y desarrollo de los materiales de ánodos de silicio y carbono, han ampliado la capacidad de producción de los materiales de ánodos de silicio y carbono.

La batería de litio de alta tecnología ha aprendido que Zhengtuo Energy ha mejorado eficazmente el rendimiento del ciclo de los materiales de silicio-carbono mediante el uso de tecnologías nanoestructuradas, recubiertas de carbono y de granulación secundaria, y resolvió el recubrimiento desigual y condujo a materiales de silicio y electrólisis. el deterioro de las propiedades eléctricas y la expansión de las piezas polares provocada por la reacción del componente HF en el líquido con el silicio. El electrodo negativo de carbono de silicio tiene las ventajas de una gran capacidad en gramos (400 mAh / g-650 mAh / g) y un buen rendimiento de ciclo. La primera capacidad de descarga del producto es ≥ 420 mAh / g; la eficiencia culómbica es ≥ 91%, y la tasa de retención de capacidad después de 1000 ciclos de 0.5C es ≥ 80.%.

Según la persona a cargo de Zhengtuo Energy, la producción anual de la compañía de 3.000 toneladas de proyecto de material de ánodo de silicio-carbono se produjo en masa en agosto de 2017. En el período anterior, promovió principalmente modelos de 420 mAh / gy 450 mAh / g, y actualmente se encuentra en la fase de prueba de muestra y suministro a granel pequeño. Al mismo tiempo, la compañía sigue investigando los ánodos de silicio-carbono de capacidad ultra alta de 500 mAh / gy 650 mAh / g para hacer reservas técnicas para la posterior mejora de la capacidad.

En términos de acciones de Shanshan, en abril de 2017, dijo que el electrodo negativo de silicio-carbono de la compañía ya tiene una escala de envío de tonelaje mensual, y se espera que complete una escala de producción de 4,000 toneladas / año en 2017. En julio, la compañía dijo en una investigación de instituciones de inversión que el electrodo negativo de silicio-carbono de la compañía ha comenzado a aumentar gradualmente su volumen, que se cotiza de acuerdo con la densidad de energía y se mide al costo de Wh.

Yantailai anunció en abril de 2017 que planea invertir 5 mil millones de yuanes para construir materiales de diafragma y ánodo en Xiangyang, provincia de Jiangsu. En este proyecto, cooperará con el Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China para producir nuevos materiales de ánodos compuestos de silicio-carbono. Según la información de China Merchants Securities, Guoxuan Hi-Tech ha invertido en un proyecto de material de ánodo de silicio-carbono de 5.000 toneladas / año, que se espera que se ponga en producción en 2018.

Las empresas de electrodos / electrolitos y adhesivos positivos cooperan con la producción en masa de productos de innovación de I + D

Según el análisis de la industria, no es difícil fabricar un material de ánodo compuesto de silicio-carbono, pero es muy difícil producir materiales compuestos en masa con un excelente rendimiento electroquímico. El problema de restringir la aplicación a gran escala de ánodos de silicio-carbono se concentra principalmente en tres aspectos: primero, la relación de expansión del electrodo de los compuestos de silicio-carbono es alta; en segundo lugar, el ciclo y la eficiencia culómbica de los materiales del ánodo de silicio-carbono todavía necesitan mejorarse más; .

Si por el momento no consideramos el tema de los costos, solo tenemos que resolver el problema de la mala expansión y ciclo de los ánodos de silicio-carbono desde el punto de vista técnico. Además de los esfuerzos conjuntos de las compañías de materiales de ánodo y las compañías de baterías, necesitamos incluir materiales de cátodo, electrolitos y aglutinantes, el “paquete” de recetas y soluciones de proceso dentro.

En términos de materiales de cátodos, los ánodos de silicio-carbono se combinan principalmente con los materiales de cátodos NCM811 y NCA, mientras que la industria nacional de materiales de cátodos está pasando de NCM523 a NCM622. NCM811 tiene muchos problemas técnicos que superar debido a las altas barreras técnicas.

Sin embargo, bajo la situación urgente de la industria, las empresas de materiales de electrodos positivos, incluidas Shanshan Energy, Dangsheng Technology y Ningbo Jinhe, han acelerado el proceso de I + D. Entre ellos, Ningbo Jinhe y Shanshan Energy tomaron la iniciativa en la producción en masa (para obtener más detalles, consulte la batería de litio de alta tecnología que se informó anteriormente como "batería de energía de ayuda" para reducir el costo del "último desarrollo alto en níquel tres yuanes 811").

En términos de electrolito, la mayoría de los electrolitos de silicio-carbono actuales utilizan FEC de alto contenido para estabilizar el SEI del ánodo de silicio-carbono para mejorar el rendimiento del ciclo del ánodo de silicio-carbono, pero el FEC de alto contenido se reemplaza fácilmente por alto - ánodos NMC de níquel o alto voltaje, descomposición catalítica, degradando así el rendimiento de almacenamiento a alta temperatura y el rendimiento del ciclo de alta temperatura de la batería.

En este sentido, Xinzhoubang desarrolló de forma independiente un nuevo aditivo formador de película positiva LDY196, que puede inhibir significativamente la descomposición oxidativa del electrolito en el electrodo positivo de níquel alto y el electrodo positivo NMC de alto voltaje, mejorando así eficazmente el alto contenido de electrolito FEC en altas temperaturas. níquel o alto voltaje, temperatura alta insuficiente y circulación insuficiente bajo las baterías NMC.

Se ha desarrollado una serie de productos de electrolitos a través del nuevo aditivo formador de película positiva LDY196, aditivo formador de película negativa VC, FEC, aditivo de baja impedancia tipo sal de litio, etc., que se utilizan en el positivo de níquel alto / negativo de carbono de silicio sistema de batería de potencia. Puede cumplir con los requisitos de 1000 ciclos y puede obtener un excelente rendimiento a alta temperatura y un rendimiento a baja temperatura.

Esta serie de productos se usa ampliamente en NCM811 de alta densidad de energía, NCA, positivo ternario de alto voltaje con batería de energía negativa de carbono de silicio, se ha utilizado ampliamente en clientes de alto nivel en el hogar y en el extranjero.

Según la información pública, el personal de I + D de Zhuhai Saiwei Electronic Materials Co., Ltd. descubrió que el ánodo de silicio tiene un mejor rendimiento electroquímico en el electrolito mixto que en el electrolito único gracias a la cooperación real con el cliente. Se mezcló hexafluorofosfato de litio (LiPF6) con una cierta cantidad de bis (oxalato) borato de litio (LiBOB) y se añadió carbonato de vinileno (VC). La adición de LiBOB y VC produjo un buen efecto sinérgico sobre la formación de una capa de SEI gruesa. Además, la adición de una nueva sal de litio como bis (trifluorometilsulfonil) imida de litio (LiTFSI) al electrolito también puede mejorar el rendimiento del ciclo de la batería de carbono de silicio.

En términos del adhesivo, desde el principio de funcionamiento, cuando se usa silicio como electrodo negativo, los iones de litio se extraen del material del electrodo positivo durante la carga, y cuando se incrustan en la red cristalina interna del cristal de silicio, la expansión (hasta 300 %) se hace formar una aleación de silicio-litio; Los iones de litio se separan de la red cristalina y forman un gran espacio. Es importante desarrollar un adhesivo adecuado para mantener la integridad de la estructura del electrodo.

Las baterías de litio de alta tecnología han aprendido que los adhesivos para materiales de carbono de silicio son más fuertes que los de los productos generales, incluida la capacidad de unirse con el carbono de silicio y la cohesión del producto en sí. Cuando la silicona se expande, el adhesivo puede tirar de ella; cuando se tira, el adhesivo no se puede deformar y se puede restaurar a su estado original para garantizar el rendimiento y la vida útil de la batería. Además, el aglutinante debe ser compatible con el electrolito para que el electrolito no afecte a la fuerza cohesiva del aglutinante.

Cabe mencionar que, debido a que el “silicio” de cada empresa es diferente, la proporción de adición es diferente y los requisitos de los adhesivos serán diferentes. Por lo tanto, es necesario que la empresa de adhesivos cumpla con los requisitos anteriores y sea un objetivo. Hacer ajustes.

Li Rengui, gerente general de Chengdu Zhongkelaifang Energy Technology Co., Ltd.reveló que la compañía ha estado aplicando durante mucho tiempo el adhesivo para electrodo negativo de silicio-carbono como un proyecto, combinando las opiniones constructivas presentadas por los clientes y la investigación y el desarrollo de su propio adhesivo durante muchos años. Experiencia, ha desarrollado los productos correspondientes, y ha sido producido y enviado en masa.

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