2024年3月28日下午4點，2024鋰電負極材料市場及前沿技術(shù)高峰論壇暨第六屆天然石墨及應(yīng)用市場高峰論壇專場二：“前沿負極材料技術(shù)”研討會繼續(xù)在江蘇·揚州隆重舉行。本次研討會特邀請到國內(nèi)負極材料領(lǐng)域的頂尖專家學(xué)者，就硅基、硬炭、多孔碳、金屬等前沿負極材料的最新研究進展和產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀，展開了深入交流和熱烈討論。
貝特瑞硅基研發(fā)經(jīng)理肖稱茂：硅基負極產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
肖稱茂首先介紹了硅基負極材料市場發(fā)展的背景。他指出，硅基負極能夠滿足鋰電池高能量密度需求，受到產(chǎn)業(yè)界高度重視。中科院等學(xué)術(shù)機構(gòu)從20世紀90年代起就開展了納米硅碳負極的研發(fā)，松下和貝特瑞等企業(yè)也較早實現(xiàn)了硅基負極產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。但前幾年由于技術(shù)瓶頸，硅基負極在市場上增長較為緩慢。未來幾年隨著技術(shù)突破，預(yù)計將迎來快速增長期。 其次，肖稱茂系統(tǒng)分析了硅基負極面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)及應(yīng)對策略。硅在循環(huán)過程中存在體積膨脹大、電導(dǎo)率差等問題，可通過結(jié)構(gòu)設(shè)計、非晶化和晶粒調(diào)控等多種技術(shù)路線予以解決。他對目前較成熟的研磨硅、氧化硅和CVD硅三種硅基負極類型的優(yōu)缺點進行了對比。在工藝及設(shè)備方面，回轉(zhuǎn)爐和流化床是主要生產(chǎn)路線，各有利弊需權(quán)衡。此外，硅烷原料的安全性和成本控制也是重點關(guān)注的問題。 最后，肖稱茂匯報了貝特瑞在硅基負極材料創(chuàng)新方面的進展。包括開發(fā)出多款新型高性能硅碳復(fù)合負極產(chǎn)品，嘗試新型化學(xué)氣相沉積等革新工藝路線，以及不斷改進升級傳統(tǒng)工藝制備高首效預(yù)鋰硅碳負極產(chǎn)品。他還分享了硅基負極與石墨負極材料匹配原則的研究成果。 金匯能吳云勝：鋰離子電池硅基負極材料開發(fā)及制備技術(shù)
吳云勝首先介紹了公司的基本情況。他表示，公司的研發(fā)團隊由成會明院士牽頭，并吸納了原深圳金潤的工程師團隊，形成了科研和工程技術(shù)相結(jié)合的合力。目前金匯能的主要研發(fā)方向包括硅氧硅碳負極、鈉離子電池負極以及連續(xù)石墨化等。公司已獲得“國家專精特新小巨人”“四川省新經(jīng)濟示范企業(yè)100強”和IATF16949認證等多項榮譽。 接下來，吳云勝重點介紹了公司在硅基負極材料工藝路線方面的創(chuàng)新歷程。他從硅材料嵌鋰過程中的體積膨脹問題入手，指出傳統(tǒng)的納米化、均分負載雖然可一定程度解決，但由于表面積和硅負載量有限，容量提升也受到局限。因此，公司在原有工藝路線的基礎(chǔ)上，對真空升華技術(shù)、連續(xù)爐工藝等進行了升級優(yōu)化，提高了SiO沉積品質(zhì)、大幅提升了產(chǎn)能、降低了能耗，推動硅基負極材料產(chǎn)業(yè)化水平的提升。 最后，吳云勝介紹了金匯能當(dāng)前的硅氧負極和硅碳負極材料系列。硅氧負極包括常規(guī)硅氧、預(yù)鋰硅氧和預(yù)鎂硅氧等，比容量在1400-1600mAh/g，首次效率在75%-90%范圍。而硅碳負極則分為沉積型、多孔型和研磨型，比容量最高可達2300mAh/g，首次效率92%。吳云勝透露，公司正在開發(fā)新一代面向更高容量、更快充電的硅基負極，以期在技術(shù)上實現(xiàn)新的突破。 中科院煤化所陳成猛：多孔碳及硬碳材料的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)
陳成猛首先介紹了先進炭材料產(chǎn)業(yè)的全景，闡述了炭材料特別是多孔炭和硬炭在儲能領(lǐng)域的重要地位和不可替代作用。他指出，炭材料在鋰離子電池、鈉離子電池、超級電容器等多種電化學(xué)儲能器件中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。 接著，陳成猛重點介紹了煤化所在多孔炭材料研發(fā)方面的系統(tǒng)工作。他們提出了多種策略來優(yōu)化多孔炭的微孔、介孔結(jié)構(gòu)和表面官能團，改善其儲能性能，并建立了完善的表征分析體系。同時，他們將多孔炭產(chǎn)業(yè)化技術(shù)做了中試驗證，并開展應(yīng)用示范。 在硬炭材料研發(fā)方面，陳成猛團隊圍繞不同種類的前驅(qū)體如煤、瀝青、木質(zhì)素等，研究了熱解制備工藝對硬炭微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響規(guī)律。他們探索了諸如犧牲高分子模板法、交聯(lián)策略、組分設(shè)計等多種新型制備路線，開發(fā)出儲鈉性能優(yōu)異的硬炭材料。此外，他們還進行了硬炭負極在硅碳電池等方面的應(yīng)用研究。 硅納新材料總經(jīng)理王楨博士：二維納米硅片在硅碳負極材料中的應(yīng)用和研究
王楨首先概述了鋰離子電池行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了硅基負極材料作為提升電池能量密度的關(guān)鍵所在。他指出，盡管硅具有超高理論比容量，但體積膨脹等問題亟待解決。 隨后，王楨重點介紹了硅納新材料在二維納米硅片材料研發(fā)方面的工作。他們采用創(chuàng)新工藝成功制備出高質(zhì)量的納米硅片，并對其進行了深入表征。與塊狀硅等其他形態(tài)相比，二維納米硅片具有更大的比表面積和理想的尺寸效應(yīng)，有利于緩解體積變化。 王楨還對沙磨法納米硅、二維納米硅片、預(yù)鋰化氧化亞硅、新型硅碳球等四種不同形式的硅基材料進行了對比和分析，闡述了它們在電化學(xué)性能和制備難易度等方面的區(qū)別。他重點強調(diào)了二維納米硅片在制備硅碳負極材料中的優(yōu)勢和應(yīng)用前景。 最后，王楨對納米硅材料的標(biāo)準化和未來發(fā)展進行了展望。他指出，目前缺乏納米硅相關(guān)的測試標(biāo)準，亟需制定規(guī)范。同時，隨著技術(shù)不斷進步，有望在未來推出質(zhì)優(yōu)價廉的新型納米硅負極材料。 昱瓴新能源董事長劉萍：突破內(nèi)卷，硅基負極產(chǎn)業(yè)的差異化競爭
劉萍首先介紹了當(dāng)前硅基負極材料市場的發(fā)展現(xiàn)狀。她指出，硅基負極材料作為提高鋰電池能量密度的有效途徑，受到了產(chǎn)業(yè)界的高度重視。預(yù)計到2027年，全球硅基負極材料需求將達到454.1萬噸，滲透率達25%左右，市場規(guī)模有望超過500億元。國內(nèi)外諸多車企已率先布局應(yīng)用硅基負極動力電池。 其次，劉萍分析了硅基負極材料行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)及解決方案。硅材料存在體積膨脹、電導(dǎo)率差等問題，需要從人工固體電解質(zhì)膜界面、顆粒結(jié)構(gòu)設(shè)計、以及與電解液等其它部件的協(xié)同等多方面加以創(chuàng)新應(yīng)對。她強調(diào)了創(chuàng)新的重要性，提出要打造高技術(shù)壁壘，在成本、穩(wěn)定性、可規(guī)?；脱h(huán)性能等方面達到平衡。 最后，劉萍介紹了上海昱瓴新能源在硅基負極材料創(chuàng)新領(lǐng)域的最新進展。包括開發(fā)出一系列硅碳復(fù)合、多孔硅碳等高性能硅基負極產(chǎn)品，突破日企硅氧碳專利技術(shù)壟斷，并在產(chǎn)業(yè)化方面持續(xù)擴大產(chǎn)能規(guī)模。她表示，隨著新技術(shù)路線不斷突破，高性能硅基負極材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用將全面爆發(fā)，昱瓴將持續(xù)加大創(chuàng)新力度，推動行業(yè)差異化競爭，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。 金羽新能楊揚博士：鋰金屬負極的探索與挑戰(zhàn)
楊揚首先介紹了研究開發(fā)鋰金屬負極的背景和重要意義。隨著電動汽車和儲能系統(tǒng)的快速發(fā)展，對高能量密度鋰電池的需求急劇增長。傳統(tǒng)的石墨和硅基負極材料已接近理論能量密度上限，而鋰金屬負極憑借其高達3860mAh/g的理論比容量、最負的-3.04V電極電位和0.534g/cm3的小密度等優(yōu)勢，被視為提升鋰電池能量密度的關(guān)鍵技術(shù)路線。 其次，楊揚系統(tǒng)分析了鋰金屬負極面臨的諸多挑戰(zhàn)，包括枝晶鋰生長導(dǎo)致內(nèi)部短路、體積變化大引起負極粉化、與電解液發(fā)生副反應(yīng)持續(xù)消耗活性鋰等。為解決這些問題，研究人員提出了多種策略，如調(diào)控電解質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)抑制鋰枝晶、構(gòu)筑高離子傳導(dǎo)性人工SEI膜、設(shè)計鋰合金負極和3D集流體等。同時，發(fā)展固態(tài)電解質(zhì)和無負極鋰電池等新型電池體系，也被視為突破能量密度"天花板"的重要路徑。 最后，楊揚重點介紹了金羽新能源在鋰金屬負極方面的創(chuàng)新工作，包括正極原位補鋰、負極表面親鋰改性、新型電解質(zhì)適配等技術(shù)，以及基于材料信息學(xué)的高通量計算篩選平臺和原位分析技術(shù)等先進手段，加快新材料和新體系的迭代開發(fā)。他們研制的無負極鋰電池樣品展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能、高倍率特性、低溫適應(yīng)能力和安全性，質(zhì)量能量密度達到440Wh/kg，體積能量密度高達800Wh/L，續(xù)航里程提升60%。全球首次無負極鋰電池?zé)o人機試飛成功，標(biāo)志著這一創(chuàng)新技術(shù)取得重大進展。
貝特瑞硅基研發(fā)經(jīng)理肖稱茂：硅基負極產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
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