如何顛覆傳統(tǒng)，解決負極材料的硬傷？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-08 18:03
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顛覆傳統(tǒng)，解決負極材料的硬傷
負極材料也是鋰離子電池的核心材料之一，目前大多采用石墨作為負極材料。隨著對續(xù)航里程需求的持續(xù)升級，傳統(tǒng)石墨負極已不能滿足市場對電池能量密度的期望。
據(jù)測算，硅基負極材料的比容量可達石墨負極的10倍，被看作是后者的“替代者”。傳統(tǒng)硅基材料的應(yīng)用，主要采用碳包覆技術(shù)，即在硅材料表面復(fù)合一層碳材料。吳凱介紹，但由于硅材料充放電過程中體積變化高達300％，多次循環(huán)后表面包覆的碳材料會破碎、脫落，對硅材料的保護作用大幅減弱，從而導(dǎo)致電池循環(huán)性能不佳。
這一世界級難題如“幽靈”一般困擾產(chǎn)業(yè)界10來年之久。
寧德時代摒棄了傳統(tǒng)碳包覆技術(shù)，轉(zhuǎn)向研究人造電解質(zhì)界面膜包覆技術(shù)。歷時2年多，將這一技術(shù)應(yīng)用到硅材料制備，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型人造電解質(zhì)界面膜包覆的硅碳復(fù)合負極材料，其循環(huán)性能表現(xiàn)顯著優(yōu)于國外產(chǎn)品，打掉創(chuàng)新路上的“第二只攔路虎”。
“與碳材料相比，人造電解質(zhì)界面膜與硅材料的結(jié)合作用力更強、彈性更好、不易破碎或粉化，對硅材料起到很好的保護作用，因此能夠在循環(huán)中大幅提高硅材料的界面穩(wěn)定性，從而提升電池的循環(huán)壽命。”吳凱說，此舉將促進我國充分掌握材料改性、前驅(qū)體合成等多方面的核心技術(shù)，實現(xiàn)關(guān)鍵材料技術(shù)的國產(chǎn)化，為硅碳復(fù)合負極的逐步商業(yè)化推廣應(yīng)用提供了重要保障。
完美“瘦身”，率先使用航空級別的“7系鋁”
在能耗不變，體積和重量都受限的情況下，新能源汽車續(xù)航里程，主要取決于電池包的能量密度。
“這就考驗研究人員為電池包‘瘦身’的能力。”吳凱說，寧德時代首次將航空級別的“7系鋁”運用至電池包下箱體。“7系鋁”，鋁中的“戰(zhàn)斗鋁”，常被用于制造飛機起落架，具備輕盈、堅固、安全等特性。
吳凱告訴記者，“7系鋁”應(yīng)用也具有很多風(fēng)險，特別是應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象（金屬材料在某些特定的介質(zhì)中，由于腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力的共同作用而發(fā)生斷裂）。
“業(yè)內(nèi)普遍認為這是‘7系鋁’的技術(shù)難點，甚至是技術(shù)禁區(qū)。”吳凱說，為此，他們通過上百項的實驗及相關(guān)工藝改善，使得應(yīng)力腐蝕指數(shù)控制在行業(yè)內(nèi)最高水平。目前，寧德時代已成功開發(fā)出“7系鋁”下箱體，并已量產(chǎn)。
至此，該企業(yè)電池包下箱體輕量化設(shè)計已處于世界領(lǐng)先水平。這一全新能量密度的動力電池，能使B級純電動轎車電池倉在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，不額外增加空間，載能量（裝載電池的總電量）即可提升約50％；車載動力電池系統(tǒng)能量提高50％；整車重量可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上減重250公斤，使該車型標(biāo)準(zhǔn)工況續(xù)駛里程提高到600公里以上……
負極材料也是鋰離子電池的核心材料之一，目前大多采用石墨作為負極材料。隨著對續(xù)航里程需求的持續(xù)升級，傳統(tǒng)石墨負極已不能滿足市場對電池能量密度的期望。
據(jù)測算，硅基負極材料的比容量可達石墨負極的10倍，被看作是后者的“替代者”。傳統(tǒng)硅基材料的應(yīng)用，主要采用碳包覆技術(shù)，即在硅材料表面復(fù)合一層碳材料。吳凱介紹，但由于硅材料充放電過程中體積變化高達300％，多次循環(huán)后表面包覆的碳材料會破碎、脫落，對硅材料的保護作用大幅減弱，從而導(dǎo)致電池循環(huán)性能不佳。
這一世界級難題如“幽靈”一般困擾產(chǎn)業(yè)界10來年之久。
寧德時代摒棄了傳統(tǒng)碳包覆技術(shù)，轉(zhuǎn)向研究人造電解質(zhì)界面膜包覆技術(shù)。歷時2年多，將這一技術(shù)應(yīng)用到硅材料制備，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型人造電解質(zhì)界面膜包覆的硅碳復(fù)合負極材料，其循環(huán)性能表現(xiàn)顯著優(yōu)于國外產(chǎn)品，打掉創(chuàng)新路上的“第二只攔路虎”。
“與碳材料相比，人造電解質(zhì)界面膜與硅材料的結(jié)合作用力更強、彈性更好、不易破碎或粉化，對硅材料起到很好的保護作用，因此能夠在循環(huán)中大幅提高硅材料的界面穩(wěn)定性，從而提升電池的循環(huán)壽命。”吳凱說，此舉將促進我國充分掌握材料改性、前驅(qū)體合成等多方面的核心技術(shù)，實現(xiàn)關(guān)鍵材料技術(shù)的國產(chǎn)化，為硅碳復(fù)合負極的逐步商業(yè)化推廣應(yīng)用提供了重要保障。
完美“瘦身”，率先使用航空級別的“7系鋁”
在能耗不變，體積和重量都受限的情況下，新能源汽車續(xù)航里程，主要取決于電池包的能量密度。
“這就考驗研究人員為電池包‘瘦身’的能力。”吳凱說，寧德時代首次將航空級別的“7系鋁”運用至電池包下箱體。“7系鋁”，鋁中的“戰(zhàn)斗鋁”，常被用于制造飛機起落架，具備輕盈、堅固、安全等特性。
吳凱告訴記者，“7系鋁”應(yīng)用也具有很多風(fēng)險，特別是應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象（金屬材料在某些特定的介質(zhì)中，由于腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力的共同作用而發(fā)生斷裂）。
“業(yè)內(nèi)普遍認為這是‘7系鋁’的技術(shù)難點，甚至是技術(shù)禁區(qū)。”吳凱說，為此，他們通過上百項的實驗及相關(guān)工藝改善，使得應(yīng)力腐蝕指數(shù)控制在行業(yè)內(nèi)最高水平。目前，寧德時代已成功開發(fā)出“7系鋁”下箱體，并已量產(chǎn)。
至此，該企業(yè)電池包下箱體輕量化設(shè)計已處于世界領(lǐng)先水平。這一全新能量密度的動力電池，能使B級純電動轎車電池倉在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，不額外增加空間，載能量（裝載電池的總電量）即可提升約50％；車載動力電池系統(tǒng)能量提高50％；整車重量可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上減重250公斤，使該車型標(biāo)準(zhǔn)工況續(xù)駛里程提高到600公里以上……
