Wie passt man die positive Elektrode / den Elektrolyten / das Bindemittel der negativen Silizium-Kohlenstoff-Elektrode der Lithiumbatterie an?

Seit der zweiten Jahreshälfte 2017 wurde eine kleine Menge Lithiumbatterien mit Silizium-Kohlenstoff-Negativelektroden auf den High-End-Digitalmarkt gebracht, und auch Unternehmen für Leistungsbatterien befinden sich in der Forschung und Entwicklung. Der schnellste ist auf Pilotebene. Im Jahr 2018 wird die Menge an Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen 2000 bis 3000 Tonnen erreichen, was etwa dem Doppelten des Vorjahres entspricht.

Um das Ziel einer Leistungsdichte von 300 Wh / kg für Leistungsbatterien im Jahr 2020 zu erreichen, ist die Verwendung von herkömmlichem Graphit nicht möglich. Die Verwendung von Silizium-Kohlenstoff-Materialien ist ein unvermeidlicher Ausweg. Gerade wegen der dringenden Notwendigkeit, die Energiedichte von Leistungsbatterien rasch zu erhöhen, kommt die Ära der Silizium-Kohlenstoff-Anoden.

In jüngster Zeit haben High-Tech-Lithium-Ionen-Batterien von Massenunternehmen für Silizium-Kohlenstoff-Batterien und verwandten Unternehmen für unterstützende Materialien gelernt. Ab der zweiten Jahreshälfte 2017 wurden Lithiumbatterien mit Silizium-Kohlenstoff-Anoden auf den digitalen High-End-Markt gebracht, und auch Energiebatterieunternehmen arbeiten hart daran, sie zu entwickeln. Der schnellste ist auf Pilotebene. Im Jahr 2018 wird die Menge an Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen 2000 bis 3000 Tonnen erreichen, was etwa dem Doppelten des Vorjahres entspricht.

"Die Silizium-Kohlenstoff-Batterien des Unternehmens werden hauptsächlich für High-End-Digital verwendet." Ein leitender Angestellter eines Batterieunternehmens gab bekannt, dass die Kosten für Silizium-Kohlenstoff-Anoden zwar hoch sind, der Preis für Terminalprodukte jedoch ebenfalls hoch ist. Silizium-Kohlenstoff-Batterien werden vorerst nicht für die Stromversorgung verwendet, nicht weil die Entwicklung und Produktion besonders schwierig sind, aber die Energiebatterie benötigt eine lange Lebensdauer und die Überprüfungszeit reicht nicht aus.

Es ist erwähnenswert, dass in der Branche die Ansicht besteht, dass Batterieunternehmen zunächst Silizium-Kohlenstoff-Anoden für digitale Lithiumbatterien verwenden und diese dann auf dem Gebiet der Leistungsbatterien bekannt machen werden. Derzeit werden zylindrische, quadratische und Soft-Package-Batterien mit Silizium-Kohlenstoff-Anoden getestet. Relativ gesehen ist die 18650-Struktur besser für Silizium-Kohlenstoff-Anoden geeignet, was relativ viel besser ist.

Im Allgemeinen sind Silizium-Kohlenstoff-Batterien ein unvermeidlicher Trend in der Entwicklung der Branche, und die Produktionszeit rückt immer näher, ungefähr ein Jahr oder so, und verlangsamt sich ungefähr zwei Jahre lang. Gegenwärtig verstärken die etablierten Anodenmaterialunternehmen ihre Kapazitäten zur Erweiterung der Produktionskapazität für Siliziumkohlenstoffmaterialien, und die Forschung und Entwicklung sowie die Produktion und Entwicklung der zugehörigen Materialien (positive Materialien NCM811 / NCA, Elektrolytklebstoff) werden ebenfalls ausgereift.

Anodenmaterialunternehmen erweitern die Produktionskapazität von Silizium-Kohlenstoff-Materialien, und die Entwicklung und Produktion verwandter Trägermaterialien reifen ebenfalls.

Energiebatterieunternehmen nutzen die negative Reaktion des Unternehmens auf die Expansion

Tatsächlich wurde die Siliziumkohlenstoffanode bereits im Bereich der Leistungsbatterien eingesetzt. Bei der Veröffentlichung des Tesla Model3 im April 2016 wurde darauf hingewiesen, dass das Model 3 eine Panasonic-Batterie verwendet und das Anodenmaterial zu 10% aus Silizium besteht, das dem künstlichen Graphit zugesetzt wird. Oberhalb von 550 mAh / g kann die Energiedichte 300 Wh / kg erreichen.

Neben der ersten Realisierung der Industrialisierung von Silizium-Kohlenstoff-Batterien durch Panasonic haben die inländischen Energiebatterieunternehmen BYD, Ningde-Ära, Tianjin Lishen, Wanxiang A123, Guoxuan Hi-Tech, Weihong Power usw. die Forschung und Entwicklung von Silizium-Kohlenstoff gestartet Anodensystem produzieren.

Laut den Nachrichten vom Oktober 2016 wurde das von der Ningde-Ära und dem Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften gemeinsam initiierte Projekt „Industrialisierungstechnologie für Lithium-Ionen-Batteriebatterien der neuen Generation“ von der Abteilung für Wissenschaft und Technologie der Provinz und der Als positive Elektrode wurde die Forschung und Entwicklung von ternären Materialien mit hohem Nickelgehalt verwendet. Die Lithium-Ionen-Batterie mit dem Silizium-Kohlenstoff-Verbund als negativer Elektrode kann die spezifische Energie der Lithium-Ionen-Batterie von derzeit 150-180 Wh / kg auf mehr als 300 Wh / kg erheblich erhöhen und so die internationale Wettbewerbsfähigkeit der Leistung effektiv verbessern Batterieindustrie in China.

Es wird davon ausgegangen, dass die oben genannten Projekte im Jahr 2020 industrialisiert und angewendet werden. Die zu diesem Zeitpunkt entwickelte Hochenergiebatterie wird die Laufleistung von Elektrofahrzeugen auf 450 bis 500 Kilometer verdoppeln.

Im ersten Halbjahr 2017 zeigten die Nachrichten, dass Tianjin Lishen im nationalen Projekt „Forschung zur Entwicklung und Industrialisierung von Lithium-Ionen-Batteriebatterien mit hoher spezifischer Energiedichte“ die Führung übernahm, um eine Batteriebatteriezelle mit einer Energiedichte von 260 Wh / kg zu entwickeln. 350-mal laden und entladen. Nach dem Zyklus erreichte die Kapazitätsbeibehaltungsrate 83,28%; Gleichzeitig wurden Leistungsbatterieproben mit einer Energiedichte von 280 Wh / kg und 300 Wh / kg entwickelt. Unter diesen wird das Silizium-Kohlenstoff-Verbundanodenmaterial angewendet.

Ebenfalls im ersten Halbjahr 2017 übernahm Guoxuan Hi-Tech die Leitung des Sonderprojekts "Forschung und Entwicklung sowie Integrationsanwendung für routinemäßig energiebetriebene Lithium-Ionen-Batterien". Der Fortschritt zeigt, dass in diesem Projekt die Verwendung von Kathoden mit hohem Nickelgehalt verwendet wird Materialanpassung von Anodenmaterial auf Siliziumbasis zur Erzielung eines Monomers Die Energiedichte der Batterie beträgt bis zu 281 Wh / kg, und die Kapazität der Batterie wird 350-mal bei Raumtemperatur bei einer Kapazität von 1 ° C gehalten. Das Lithium-Ionen-positive Elektrodenmaterial wird mit dem Anodenmaterial auf Siliziumbasis abgestimmt, um eine Energiedichte von 302 Wh / kg, das 0,5 ° C-fache und einen Raumtemperaturzyklus zu erreichen. Die 195-fache Kapazität wurde bei 80% gehalten.

Unabhängig davon, ob es sich um aktuelle F & E- und Pilotproduktionen oder um anstehende Batch-Anwendungen handelt, haben nachgeschaltete Energiebatterieunternehmen einen klaren Bedarf an Silizium-Kohlenstoff-Anodenmaterialien. Unter diesem Trend reagierten die etablierten Unternehmen für Anodenmaterialien positiv und haben zwar die Forschungs- und Entwicklungsstärke von Silizium-Kohlenstoff-Anodenmaterialien erweitert, aber die Produktionskapazität von Silizium-Kohlenstoff-Anodenmaterialien erweitert.

High-Tech-Lithiumbatterien haben erfahren, dass Zhengtuo Energy die Zyklusleistung von Silizium-Kohlenstoff-Materialien durch den Einsatz von nanostrukturierten, kohlenstoffbeschichteten und sekundären Granulationstechnologien effektiv verbessert und die ungleichmäßige Beschichtung gelöst und zu Siliziummaterialien und Elektrolyse geführt hat. die Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften und die Ausdehnung der Polstücke, die durch die Reaktion der HF-Komponente in der Flüssigkeit mit Silizium verursacht werden. Die Silizium-Kohlenstoff-Negativelektrode hat die Vorteile einer hohen Grammkapazität (400 mAh / g - 650 mAh / g) und einer guten Zyklusleistung. Die erste Entladekapazität des Produkts beträgt ≥ 420 mAh / g; Die Coulomb-Effizienz beträgt ≥ 91% und die Kapazitätsretentionsrate nach 1000 Zyklen von 0,5 ° C beträgt ≥ 80%.

Laut dem Verantwortlichen von Zhengtuo Energy wurde die jährliche Produktion des Unternehmens für 3.000 Tonnen Silizium-Kohlenstoff-Anodenmaterial im August 2017 in Massenproduktion hergestellt. In der Vorperiode wurden hauptsächlich Modelle mit 420 mAh / g und 450 mAh / g gefördert. und befindet sich derzeit in der Phase des Probentests und der Versorgung mit kleinen Mengen. Gleichzeitig erforscht das Unternehmen weitere Silizium-Kohlenstoff-Anoden mit ultrahoher Kapazität von 500 mAh / g und 650 mAh / g, um technische Reserven für die anschließende Kapazitätsverbesserung zu schaffen.

In Bezug auf die Shanshan-Aktien gab es im April 2017 bekannt, dass die Silizium-Kohlenstoff-Negativelektrode des Unternehmens bereits eine monatliche Tonnage-Sendungsskala aufweist und 2017 voraussichtlich eine Produktionsskala von 4.000 Tonnen / Jahr abschließen wird. Im Juli wird das Unternehmen In einer Untersuchung von Investmentinstituten wurde festgestellt, dass die Silizium-Kohlenstoff-Negativelektrode des Unternehmens allmählich ihr Volumen erhöht, das nach der Energiedichte bewertet und zu Wh-Kosten gemessen wird.

Yantailai gab im April 2017 bekannt, dass 5 Milliarden Yuan in den Bau von Membran- und Anodenmaterialien in Xiangyang, Provinz Jiangsu, investiert werden sollen. In diesem Projekt wird es mit dem Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zusammenarbeiten, um neue Anodenmaterialien aus Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen herzustellen. Nach Angaben von China Merchants Securities hat Guoxuan Hi-Tech in ein Projekt mit Silizium-Kohlenstoff-Anodenmaterial mit einer Kapazität von 5.000 Tonnen pro Jahr investiert, das voraussichtlich 2018 in Produktion gehen wird.

Die Unternehmen für positive Elektroden / Elektrolyte und Klebstoffe kooperieren mit der Massenproduktion von F & E-Innovationsprodukten

Gemäß der Industrieanalyse ist es nicht schwierig, ein Silizium-Kohlenstoff-Verbundanodenmaterial herzustellen, aber es ist sehr schwierig, Verbundmaterialien mit ausgezeichneter elektrochemischer Leistung in Massenproduktion herzustellen. Das Problem der Einschränkung der großtechnischen Anwendung von Silizium-Kohlenstoff-Anoden konzentriert sich hauptsächlich auf drei Aspekte: Erstens ist das Elektrodenexpansionsverhältnis von Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen hoch; Zweitens müssen der Zyklus und die Coulomb-Effizienz von Silizium-Kohlenstoff-Anodenmaterialien noch weiter verbessert werden. .

Wenn wir das Kostenproblem vorerst nicht berücksichtigen, müssen wir nur das Problem der schlechten Expansion und des Zyklus von Silizium-Kohlenstoff-Anoden aus technischer Sicht lösen. Zusätzlich zu den gemeinsamen Anstrengungen der Anodenmaterial- und Batterieunternehmen müssen wir Kathodenmaterialien, Elektrolyte und Bindemittel, das „Paket“ von Rezepten und Prozesslösungen, einbeziehen.

In Bezug auf Kathodenmaterialien werden Silizium-Kohlenstoff-Anoden hauptsächlich mit den Kathodenmaterialien NCM811 und NCA abgestimmt, während die heimische Kathodenmaterialindustrie von NCM523 zu NCM622 übergeht. NCM811 hat aufgrund der hohen technischen Barrieren viele technische Probleme zu überwinden.

In der dringenden Situation der Branche haben die Unternehmen für positive Elektrodenmaterialien wie Shanshan Energy, Dangsheng Technology und Ningbo Jinhe den F & E-Prozess beschleunigt. Unter ihnen übernahmen Ningbo Jinhe und Shanshan Energy die Führung in der Massenproduktion (Einzelheiten finden Sie in der High-Tech-Lithiumbatterie, die zuvor als "helfende Kraftbatterie" bezeichnet wurde, um die Kosten für die "neueste Entwicklung mit drei Nickel und drei Yuan 811" zu senken).

In Bezug auf den Elektrolyten verwenden die meisten aktuellen Silizium-Kohlenstoff-Elektrolyte FEC mit hohem Gehalt, um den SEI der Silizium-Kohlenstoff-Anode zu stabilisieren und die Zyklusleistung der Silizium-Kohlenstoff-Anode zu verbessern. FEC mit hohem Gehalt kann jedoch leicht durch FEC mit hohem Gehalt ersetzt werden -Nickel- oder Hochspannungs-NMC-Anoden, katalytische Zersetzung, wodurch die Hochtemperaturspeicherleistung und die Hochtemperaturzyklusleistung der Batterie verschlechtert werden.

In dieser Hinsicht entwickelte Xinzhoubang unabhängig ein neues positives filmbildendes Additiv LDY196, das die oxidative Zersetzung des Elektrolyten an der positiven Elektrode mit hohem Nickelgehalt und der positiven Hochspannungs-NMC-Elektrode signifikant hemmen kann, wodurch der hohe Gehalt an FEC-Elektrolyt bei hohem Wert effektiv verbessert wird Nickel oder Hochspannung, unzureichende hohe Temperatur und unzureichende Zirkulation unter NMC-Batterien.

Eine Reihe von Elektrolytprodukten wurde durch das neue positive filmbildende Additiv LDY196, das negative filmbildende Additiv VC, FEC, das niederohmige Additiv vom Lithiumsalz-Typ usw. entwickelt, die im Positiv mit hohem Nickelgehalt / Silizium-Kohlenstoff-Negativ verwendet werden Batteriesystem. Es kann die Anforderungen von 1000 Zyklen erfüllen und eine ausgezeichnete Hochtemperatur- und Niedertemperaturleistung erzielen.

Diese Produktreihe wird häufig in NCM811 mit hoher Energiedichte verwendet. NCA, ternäres Hochspannungspositiv mit Silizium-Kohlenstoff-Negativbatterie, ist bei High-End-Kunden im In- und Ausland weit verbreitet.

Nach öffentlichen Informationen stellten die Forschungs- und Entwicklungsmitarbeiter von Zhuhai Saiwei Electronic Materials Co., Ltd. in tatsächlicher Zusammenarbeit mit dem Kunden fest, dass die Siliziumanode im gemischten Elektrolyten eine bessere elektrochemische Leistung aufweist als im einzelnen Elektrolyten. Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) wurde mit einer bestimmten Menge Lithiumbis (oxalat) borat (LiBOB) gemischt und Vinylencarbonat (VC) wurde zugegeben. Die Zugabe von LiBOB und VC erzeugte einen guten synergistischen Effekt auf die Bildung einer dicken SEI-Schicht. Darüber hinaus kann die Zugabe eines neuen Lithiumsalzes wie Lithiumbis (trifluormethylsulfonyl) imid (LiTFSI) zum Elektrolyten auch die Zyklusleistung der Siliziumkohlenstoffbatterie verbessern.

In Bezug auf den Klebstoff werden nach dem Arbeitsprinzip bei Verwendung von Silizium als negative Elektrode Lithiumionen während des Ladens aus dem positiven Elektrodenmaterial extrahiert und beim Einbetten in das innere Kristallgitter des Siliziumkristalls expandiert (bis zu 300) %) wird zur Bildung einer Silizium-Lithium-Legierung veranlasst; Lithiumionen werden vom Kristallgitter getrennt und bilden eine große Lücke. Es ist wichtig, einen geeigneten Klebstoff zu entwickeln, um die Integrität der Elektrodenstruktur aufrechtzuerhalten.

High-Tech-Lithiumbatterien haben gelernt, dass die Klebstoffe für Silizium-Kohlenstoff-Materialien stärker sind als die von allgemeinen Produkten, einschließlich der Fähigkeit, sich mit Silizium-Kohlenstoff zu verbinden, und der Kohäsion des Produkts selbst. Wenn sich das Silizium ausdehnt, kann der Klebstoff daran ziehen. Beim Ziehen kann der Klebstoff nicht verformt werden und kann in den ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden, um die Leistung und Lebensdauer der Batterie sicherzustellen. Außerdem muss das Bindemittel mit dem Elektrolyten kompatibel sein, damit der Elektrolyt die Kohäsionskraft des Bindemittels nicht beeinflusst.

Es ist erwähnenswert, dass, da das „Silizium“ jedes Unternehmens unterschiedlich ist, der Anteil der Zugabe unterschiedlich ist und die Anforderungen an Klebstoffe unterschiedlich sein werden. Daher ist es für das Klebstoffunternehmen erforderlich, die oben genannten Anforderungen zu erfüllen und zielgerichtet zu sein. Anpassungen durchführen.

Li Rengui, General Manager von Chengdu Zhongkelaifang Energy Technology Co., Ltd., gab bekannt, dass das Unternehmen den Klebstoff für negative Silizium-Kohlenstoff-Elektroden seit langem als Projekt verwendet und dabei die konstruktiven Meinungen der Kunden sowie die Forschung und Entwicklung seiner Elektroden kombiniert eigener Kleber seit vielen Jahren. Erfahrung, hat die entsprechenden Produkte entwickelt und wurde in Massenproduktion hergestellt und versendet.

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