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新能源动力电池用高性价比硅碳复合负极材料产业化应用

更新时间:2020-10-13 14:48:32

当前商业化锂离子电池的负极材料主要为改性天然石墨和人造石墨,2019年中国石墨类销量35万吨(硅碳类销售约3000吨),产值150亿以上,尽管制备技术已相当成熟,但其理论比容量只有372mAh/g,实际产业化的365mAh/g,难以满足市场对高能量密度电池的需求。
由于硅具有较高的理论比容量(4200mAh/g)和较低的嵌锂电位而引起广泛关注。但硅作负极却存在天然的缺陷,即锂嵌入脱出硅的晶胞时,会导致硅材料发生严重的体积变化100%-300%(石墨仅25%以内),造成容量衰减迅速,同时硅碳材料的首次效率非常低一般值85-90%石墨(92-95%),首效偏低电池在从放电过程中生成的SEI膜过多导致循环性能差。经过公司多年研发,将硅开发成小分子多层次洋葱结构改性氧化亚硅(1700-2000mAh/g)与其他材料复合能够有效缓解硅的体积效应,增长其循环寿命。硅-碳复合负极材料受到了越来越高的重视,特斯拉新能源汽车用电芯就采用了硅碳复合技术路线(材料售价10-12万元),松下制备的21700电芯提供给特斯拉组装使用。松下电芯正极使用NCA、负极使用硅碳复合石墨(含硅3.5%)该21700电池单体的质量能量密度为约254Wh/kg,系统组装为180-200Wh/kg,,体积能量密度为约722Wh/L。和Model S/X使用的18650电池相比,其质量能量密度略有提升(+4.5%),而体积能量密度提升稍多(+6.8%)。该电池可支持特斯拉超级快充(部分SOC下快充倍率达到3C),产品安全性和高续航高循环等特性国际前列。注:(比亚迪-纯电动“汉”)刀片电池采用磷酸铁锂体系单体能量密度为190Wh/kg,组成系统能量密度为150-160Wh/kg)
我们估计,未来几年收益于民用3C电池以及新能源汽车硅碳需求量有望逐年提升。至2025年,硅碳负极性能相比于现在将有显著提升;全球市场规模将在5万吨以上;市场空间将攀升至60亿元以上。