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林建:比克在高容量硅基负极上的研究进展

2023年3月31日,由上海钢联资讯科技有限公司主办,上海期货交易所、索通发展股份有限公司协办的2023 新型负极材料创新研究与应用研讨会在长沙世景广场皇冠假日酒店召开。

31日会上,深圳比克电池有限公司首席科学家/博士林建就《包覆与导电剂接触对硅负极材料影响》进行演讲。报告从三个部分展开。

一、硅碳存在问题及新型硅碳发展

技术上,众多厂家已经着手第五代产品,1900mAh/g-90%CE,单体电池技术的特点有:造粒方式导致粒径分布较广,复合方式-硅碳结合力弱,纳米硅成本高。

国内天目、兰溪、联创、贝特瑞、碳一、胜华新材等都在规划CVD原位沉积硅碳产品,有些公司已开始给大客户送样。

新型SiC的首次效率高于一代SiO,老化容量损失较低。新型SiC极片电阻低于一代SiO,剥离强度相似。新型SiC的DCR低于Control一代SiO。新型SiC大倍率性能略高于一代SiO;新型SiC低温性能低于一代SiO ,高温性能高于一代SiO。新型SiC常温及高温性能差于一代硅氧,与颗粒大小及膨胀性能有关。

二、高容量硅氧材料研究

SiOx/C常规技术路线是先气流粉碎后CVD包碳。特点是:1.低歧化产品,降低包碳的温度和时间,产品歧化程度小。2.镁掺杂,利用Mg在高温下气化与氧化亚硅反应形成镁硅酸盐,Si晶粒一般大于锂掺杂产品。3.锂掺杂,方法有热掺杂、氧化还原法、电化学锂掺杂、溶液锂化法,涉及到的锂源包括锂箔、SLMP、氯化锂、碳酸锂、过氧化锂、氢化锂、正极材料(钴酸锂、三元、铁锂等)。

SiOx电性能:比克在国内最早将硅用于圆柱电池,硅氧材料由一代硅发展到三代硅,首效由77%提升至86%,正极利用率逐步增加。

预锂硅氧匀浆产气机理:预锂品残碱较高,分散在水溶液中呈碱性(pH>10),若预锂品包覆层不好或者浆料存放时间过长,OH-会渗透进硅氧层中与硅反应产生氢气:Si+2OH-+H2O= SiO32-+2H2↑

因此,为分析预锂品的产气现象,预估预锂材料的加工性能,须从残碱和包覆效果进行评测。

实现产业化优势的核心实力:核心设备自研,产能/性能/品质保证;元素掺入均匀性高,优化SiOx应用性能;高安全性/高产率/低成本。氧化亚硅负极材料定制开发产品:不同碳包覆形貌的材料;不同高导电性碳包覆厚度的材料;聚合物包覆的材料。

三、高容量硅氧材料研究

在25±2˚C下的速率放电能力,充电: 0.5C-4.2V,CC-CV,0.05A切断,放电:0.2C/0.5C/1C/10A/15A/20A/25A/30A/40A至2.5V被切断。

总结结果:短路测试在25°C,25°C充满电的电池,用小于<5mΩ的电线缩短电池;130°C烘箱试验 充满电的电池,速率为5℃/min,在130°C下保持30分钟。

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