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【原创】17位技术大咖“指路”锂电材料新方向
材料会议 文章来源自:高工锂电网
2020-08-27 08:28:51 阅读:8055
摘要8月26-27日,2020先进电池材料集群产业发展论坛在深圳机场凯悦酒店举行。重点围绕“电池核心关键材料技术及产业前景”、“电池制造创新工艺及发展趋势”、“储能与电池回收产业前沿技术”等多个行业内热点内容展开,寻路产业未来。

作为动力电池产业前进的基础和核心,先进材料、革新技术、创新工艺的价值日益凸显。

8月26日,2020先进电池材料集群产业发展论坛在深圳机场凯悦酒店举行。重点围绕“电池核心关键材料技术及产业前景”、“电池制造创新工艺及发展趋势”、“储能与电池回收产业前沿技术”等多个行业内热点内容展开,寻路产业未来。

高工咨询董事长张小飞博士

高工咨询董事长张小飞博士在题为“锂电关键材料应用进展分析”的演讲中指出,Q1受疫情影响,基本是靠去年的订单支撑企业的发展,四大材料出货均有不同程度的下滑。

GGII调研数据显示,上半年,正极材料总出货量17.3万吨,同比下滑6.9%;人造石墨同环比均有所提升,天然石墨受终端定位不同导致出货量减少;干、湿法隔膜分别同比下滑9.5%、12.6%;电解液出货量同比下降3%。

张小飞指出,当前动力电池行业处于调整期,各环节龙头企业继续扩产,外资企业扩产凶猛,海外OEM电动化加速,外资主机厂、锂电池企业抓紧开发中国供应链。在此带动下,预计到2025年,四大材料均有3.5-5倍的规模增长。

张小飞认为,不同的应用场景对于材料的要求也不尽相同,对于材料企业而言,未来单单具备规模化优势的企业或被具有新材料新技术/工艺的企业所取代。

本次材料会议上,来自学术界和产业界的16位技术大拿,围绕锂电池新材料、新技术、新工艺的应用发展,分享了相应的前沿研发成果。

学术界指路材料方向

南方科技大学王树宾博士

南方科技大学王树宾博士在“退役动力电池资源化的技术瓶颈及其展望”的主题演讲中指出,目前在放电-拆解-破碎过程中存在放电效率低、破碎物料包裹严重、剥离效果差;在分选中存在分离精度低、黑粉铜铝含量高、正负极分离难;在湿法回收工艺中存在杂质元素多、金属分离难;此外,还有有机物污染、氟污染、石墨回收率低、锂回收率低等,这些都是资源化过程中的挑战。

目前,南方科技大学徐政和院士团队的研究进展包括,开发出一种新型安全带电破碎技术,可对未放电扣式电池进行破碎;采用浮选成功实现了正负极混合粉料的高效分离,其中钴酸锂回收率不高于1%;通过超声空化气泡破碎造成局部高温高压,强化钴酸锂浸出。

同时,为提高动力电池材料的回收,团队也进行了一系列尝试,包括“硝化-低温焙烧-水浸选择性提锂”、“SO2烟气还原焙烧-水浸提取锂、钴”、“非水试剂一步分离活性物质、集流体、粘结剂”等。

华中科技大学沈越副教授

华中科技大学沈越副教授在“锂电池超声波扫描技术及其在失效分析中的应用”主题演讲中表示,锂离子电池的能量密度、循环寿命、安全性等关键性能指标仍有进一步提升的空间和必要,离不开对电池内部健康状态和失效机制的深入分析。

其中,电极材料结构变化、电解液分解、SEI过度生长、SEI分解和析锂、枝晶等锂电池失效机制中都会有微量产气。这些微量气体不仅普遍存在、难以检测,而且难以分析、难以模拟。且会对锂离子电池内部传质、传热过程造成巨大影响。

目前华中科技大学研究团队正在采用超声扫描“无损检测”技术,研究产气、浸润相关的电池失效机制。由此可辅助注液参数的优化、电解质与电极材料匹配性、析锂边界电流的确定、各种工况循环寿命预测、梯次利用筛检等。同时,超声还可以反映锂电池的SOC及其分布。

清华大学深圳国际研究生院副教授贺艳兵

清华大学深圳国际研究生院副教授贺艳兵在“锂电池粘结剂和导电剂与固态电池研究”主题演讲中指出,在高镍材料体系下,普通的锂电池粘结剂已经无法满足提升电池性能和安全性的需求。

清华大学与日本大金公司合作研发的新型粘结剂VW770与传统的PVDF5130型号相比,在NCM811体系+VW770具有较好的循环性、倍率性、高低温存储及放电测试性能。

中南大学冶金与环境学院周向阳教授

中南大学冶金与环境学院周向阳教授发表题为“锂离子电池硅碳负极材料的低成本制备”演讲中表示,目前硅碳负极制备存在流程长、投入大、存在安全风险、产品性能一致性难保证,产品生产成本高,高性能碳材料价格较贵等问题,行业亟待找到高性能硅负极的高产率、低成本的制备方案。

周向阳的思路包括:以天然埃洛石为原料制备硅材料,以人造硅源制备硅材料,以人造硅源制备高电导率硅材料,研发交联多孔结构硅材料的制备,寻找更加简单的硅原料与碳素负极复合途径等。

哈工大博士后陈丽娜

哈工大博士后陈丽娜在“高能量密度锂离子电池硅碳和锂金属负极材料设计及制备研究”演讲中指出,硅基负极材料纳米化可以优化材料性能,主要是进行表面包覆,包括石墨烯包覆纳米硅、人工SEI包覆纳米硅以及协同包覆。

产业界共谋行业突围

ATL-EHS副总经理陈朝阳

ATL-EHS副总经理陈朝阳主要从知识要点、粉尘爆炸模型和防爆模型、粉尘爆炸性鉴定、爆炸性粉尘的豁免、合理划分防爆分区、控制点火源措施、合理分析管控静电、合理抗爆泄爆隔爆抑爆措施和专业运行维护等多个角度进行了分析。

比亚迪高级工程师徐茶清

比亚迪高级工程师徐茶清从磷酸铁锂单体和三元单体电芯回收材料领域价值比较,和精细分选回收料纯度和破碎回收纯度回收方式对比,详细阐述了动力电池的回收经济性。

目前比亚迪在应用层、技术层、工艺层、基础层形成了完善的梯次利用技术图谱。公司未来的规划是在技术开发环节,研发自动拆解技术、正负极分离、杂质去除提纯技术、活性材料活化等;建立全流程示范线以及探寻新的合作方式。

贝特瑞新材料研究院院长李子坤

贝特瑞新材料研究院院长李子坤发表“锂离子电池负极研究与产业化分析”主题演讲中认为,负极材料低成本产业化的主要路径会集中于:1、提升原料综合利用率;2、热处理工艺革新降成本;3、合理规划新生产基地。

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苏达汇诚技术总监晁承鹏

苏达汇诚技术总监晁承鹏发表“锂电池用铝塑膜的技术路线对比与分析”,分享国产铝塑膜的发展技术路线与竞争优势。苏达汇诚铝塑膜的工艺路线为外层干法复合、内层共挤出复合,并采用进口检品机。产品具有优异的热封性能、冲深性能和稳定的耐电解液性能。

和兴化学高级工程师朱立才

围绕导电材料提升锂电池性能的创新路径,和兴化学高级工程师朱立才博士发表题为“锂电池用高性能导电炭黑与分布控制”的主题演讲。选择合适的导电剂材料和合适的匀浆工艺,对锂电池性能的提升将达到四两拨千斤的效果。

炭黑在锂电池中不仅可以构建长程导电网络,构建短程导电的能力同样重要。通过表面包覆,可提升极片中的短程导电能力,对电池的倍率性能、循环性能及极片粘接强度有显著的提升作用。

吉阳智能董事长阳如坤

吉阳智能董事长阳如坤在“动力电池大规模制造的痛点与难点”主题演讲中认为,动力电池制造正在进入大规模生产的导入期,从全球看,到2025年将实现1000GWh的制造能力,这对于整个生产制造环节提出了更高的要求,包括对于合格率、效率、稳定性的要求,对于大规模制造的要求,对于智能化的要求。

阳如坤的思路是,动力电池大规模制造时代已经来临,基于科学认识电池的制造是解决质量、效率、成本的关键;标准化是产业的基础,基于标准化行业有30%以上的降本空间。同时,动力电池制造技术必须与材料、原理深度融合。

本征方程董事长刘剑洪

本征方程董事长刘剑洪发表“单原子层石墨烯的合成制备及其应用研究”的主题演讲。公司采用液相法合成单原子层石墨烯具有完整自主知识产权,并实现批量稳定生产。

新宙邦首席科学家,南方科技大学材料科学与工程系教授邓永红

新宙邦首席科学家,南方科技大学材料科学与工程系教授邓永红发表“锂离子电池电解液关键材料研究进展”的主题演讲。介绍了新宙邦新型添加剂TPP的性能,该添加剂具有高的HOMO能级以及 低的LUMO能级,可在电解液主要溶剂之前经历还原反应和氧化反应成SEI和CEI膜。可以明显抑制产气,抑制锂枝晶生长,抑制金属离子溶出。

 深圳浦华系统公司(达索系统中国合作伙伴)总工程师杨磊

深圳浦华系统公司(达索系统中国合作伙伴)总工程师杨磊发表“数据科学助力电池材料研发”主题演讲。他指出,多尺度计算模拟平台和数据流程化工具,可大幅减少材料领域实体实验降低研发成本;缩短产品创新设计周期;增强产品竞争力。

采用材料虚拟仿真解决方案,可在材料开发和设计中通过引入基于量子力学的分子模拟进行虚拟设计,可对材料选型和性质预测,实现工艺优化和虚拟实验,实现高通量虚拟筛选。能够基于薛定谔方程通过表征电子结构变化来评价化学反应。

麻省固能创始人胡启朝做题为下一代动力电池及材料体系开发的主题演讲。麻省固能(SES)最早涉足锂金属电池的开发和产业化的科技企业。目前,SES已经在波士顿建立锂金属电池研发中试线,在上海嘉定建立了世界第一个锂金属电池生产展示中心。

SES建立了一整套的解决方式,包括锂金属负极材料、高浓度锂盐电解质材料。同时,SES通过硬件(材料和电芯设计)和软件(锂金属电池管理系统)的结合,极大程度降低了锂枝晶导致的安全问题。SES还实现了锂金属电池的循环和快充问题,其400wh/kg、1000wh/L以上的锂金属电芯能够通过针刺,高温等安全测试,循环500次以上,并达到12分钟10%到80%的快充。目前,产品已经实现给车企的A样阶段。

蜂巢能源产品总监李佳佳

蜂巢能源产品总监李佳佳介绍蜂巢能源叠片无钴电池的开发进展,钴元素在正极材料中主要有两大作用:1、减少锂镍混排;2、抑制充放电过程中的相变,提高材料的结构稳定性。实现突破无钴技术瓶颈,蜂巢能源主要采用了三项关键技术,分别是阳离子掺杂技术、单晶技术和纳米网络化包覆。

李佳佳表示,叠片和无钴可以满足动力电池对成本、效率、功率、寿命等各方面的要求。叠片和无钴,一个是工艺制造角度,一个是材料成本和安全性角度,是基础性的未来趋势。

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