貝特瑞龐春雷：大圓柱電池是硅基負(fù)極應(yīng)用主要增長點(diǎn)
“目前硅基負(fù)極材料主要應(yīng)用于圓柱電池。全球硅基負(fù)極材料在圓柱電池中已經(jīng)量產(chǎn)和即將量產(chǎn)的企業(yè)，已經(jīng)有10家以上。”在日前由電池中國網(wǎng)舉辦的Li+學(xué)社(第21期)技術(shù)大講堂上，貝特瑞產(chǎn)品中心硅氧產(chǎn)品線總經(jīng)理龐春雷博士表示。
圖為貝特瑞產(chǎn)品中心硅氧產(chǎn)品線總經(jīng)理龐春雷博士作技術(shù)分享
應(yīng)用了硅基負(fù)極材料的圓柱電池性能非常優(yōu)異。特斯拉掀起的4680大圓柱電池?zé)岢憋L(fēng)起云涌。寶馬計(jì)劃2025年在其電動(dòng)車型上搭載第六代大圓柱電芯，并定點(diǎn)億緯鋰能、寧德時(shí)代和遠(yuǎn)景動(dòng)力為其供應(yīng)電芯。保時(shí)捷、江淮、東風(fēng)嵐圖等多家整車廠也已公開宣布旗下車型會(huì)搭載4680大圓柱電池。戴姆勒、大眾等也在考慮使用大圓柱電池。
在電池供應(yīng)商方面，當(dāng)下包括億緯鋰能、LG新能源、松下、三星SD1、比克電池、國軒高科、蜂巢能源、力神電池等在內(nèi)的全球主流電池企業(yè)，都在積極跟進(jìn)大圓柱電池的布局。龐春雷表示，大圓柱電池的快速發(fā)展，將有利于推動(dòng)硅負(fù)極材料的大規(guī)模應(yīng)用。
“硅負(fù)極材料在圓柱電池里應(yīng)用比較容易，在軟包和方形電池中的應(yīng)用則相對(duì)困難些。”龐春雷指出，方形和軟包電池對(duì)硅的應(yīng)用非常少，最大痛點(diǎn)是“高添加，膨脹太厲害”。46系列大圓柱電池將是未來硅基負(fù)極材料應(yīng)用的主要增長點(diǎn)。據(jù)預(yù)測，到2026年全球硅負(fù)極材料需求量將達(dá)到2.8萬噸。
電池類型對(duì)硅負(fù)極性能確實(shí)有重要影響。據(jù)龐春雷介紹，圓柱電池可以為硅基負(fù)極提供更高的外部應(yīng)力，有效抑制電極開裂、改善界面阻力。而且圓柱電池散熱面積小，溫度易集中在內(nèi)部。而高溫有利于硅材料趨于各向同性膨脹，減少開裂。
“同樣的材料體系下，軟包電池倍率性能會(huì)更差，尤其是在大電流下，方形和圓柱會(huì)表現(xiàn)好些，是因?yàn)榇祟愋碗姵貎?nèi)阻和溫度差異導(dǎo)致。”龐春雷分析。對(duì)于含硅的體系，圓柱電池的儲(chǔ)存性能以及循環(huán)性好，圓柱硬質(zhì)外亮可以很好適應(yīng)硅的體積膨脹。
當(dāng)然，4680大圓柱電池對(duì)硅基材料也提出了很高的要求。由于圓柱電池成組效率低，因此硅基負(fù)極需要更高首效、更高比容量以匹配正極，降低容量損失。同時(shí)，大圓柱電池溫度和應(yīng)力分布不均勻，硅基負(fù)極需要開發(fā)更低膨脹、更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)確保最佳性能。此外，硅負(fù)極材料要持續(xù)提升性價(jià)比，保持長期的應(yīng)用優(yōu)勢。
“針對(duì)高首效要求，貝特瑞通過引入元素將SiO？緩存基體預(yù)先轉(zhuǎn)化為非活性物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)首次庫倫效率的提高。同時(shí)，獨(dú)創(chuàng)均勻摻雜技術(shù)提高首效，一致性高，技術(shù)成熟，目前已量產(chǎn)可批量供貨。”龐春雷介紹說。
針對(duì)高比容量要求，貝特瑞通過微納結(jié)構(gòu)優(yōu)化，來提升材料比容量。針對(duì)低膨脹要求，貝特瑞通過可控預(yù)留空間多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研發(fā)孔隙可調(diào)的硅基復(fù)合材料;采取微米結(jié)構(gòu)多孔化方式，減輕膨脹應(yīng)力;硅/石墨等搭配優(yōu)化;各種方式實(shí)現(xiàn)低膨脹、高性能。
面對(duì)大圓柱電池商業(yè)化提速帶來的市場機(jī)遇，貝特瑞也在加快硅基材料產(chǎn)能建設(shè)。據(jù)龐春雷透露，目前公司的硅基負(fù)極材料產(chǎn)能有幾千噸，去年公司又規(guī)劃投資50億元，將要建設(shè)年產(chǎn)4萬噸的硅基負(fù)極產(chǎn)線，預(yù)計(jì)今年年底將建成投產(chǎn)1.5萬噸產(chǎn)能。到2028年，公司將擁有約5萬噸/年的硅基產(chǎn)能。
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