埃力生亚太材料部负责人陈金轮对电池网表示,“预计2020年SIO负极材料市场空间达50亿左右,同时市场集中度将非常高。”

埃力生亚太材料部负责人陈金轮(左)锂电“达沃斯”论坛组委会/电池百人会/中关村新型电池技术创新联盟秘书长于清教(右)

埃力生亚太材料部负责人陈金轮(左)、锂电“达沃斯”论坛组委会/电池百人会/中关村新型电池技术创新联盟秘书长于清教(右)

政策监管趋严、市场效应渐显、投资扩产降温、产能释放加速、龙头企业崛起、弱势企业出局……在新一轮洗牌中,新能源动力电池产业开始走向成熟,终端消费者的需求对行业走向的影响力度随之加大。

对于消费者来说,考量新能源汽车的实用性,动力电池的高能量密度及高安全性成为重要指标。对于动力电池能量密度的提升,在正极材料方面,高镍三元材料是重点关注方向,而在负极材料方面,SIO负极材料有着巨大的发展潜力。

目前商业化锂电池负极材料主要为石墨类碳负极材料,有着相对较为成熟的技术方案,占据了9成以上的市场份额。“但传统石墨负极能量密度只有372mAh/g,而SIO负极的理论能量密度超其4倍,高达1800mAh/g。”埃力生亚太有限公司(简称:“埃力生亚太”)材料部负责人陈金轮对电池网(微号:mybattery)表示,“预计2020年SIO负极材料市场空间达50亿左右,同时市场集中度将非常高。”

埃力生亚太:SIO负极材料及PI粘结剂助力锂电池高安全高容量

公开资料显示,在国际市场,日立化成、日本信越、吴宇化学和美国安普瑞斯已经有较为成熟的硅基负极出货。而国内也有多家企业涉足硅基负极领域,贝特瑞和杉杉等企业已经实现量产,可批量出货。

埃力生亚太创立于2006年,经营电子材料、精细化工、机器设备、电池材料、半导体相关制品资源集成平台。公司多年来积极引进日、韩、欧、美等地的先进设备器材、特种材料及技术,产品包含多种锂离子二次电池原料,包括锂电池隔膜、高质量铝箔以及其他新型电极材料。目前,公司正大力推进大阪钛业的SIO在中国的应用和推广。

陈金轮介绍,由于硅是半导体结构材料,为了提供锂离子在硅SI电极材料中的扩散速度,就需要提高硅SI材料的导电性能,形成导电性好、附着性好、化学稳定性高的SIO负极材料。SIO负极的应用,可以提升电池中活性物质含量,从而大大提升单体电芯的容量。

另外,SIO表面无凹凸,可降低与电解液产生反应的风险,拥有优良的循环寿命维持率,材料安定性高,安全性能相对较好。

除了应用硅负极材料,在提升电池容量及安全性方面,陈金轮还推荐了——PI(聚酰亚胺)粘结剂。PI分子结构中含有酰亚胺基,具有更高的抗拉强度和弹性复原能力,可有效地适应电极的膨胀和收缩,阻止电池内发生的树突造成正负极贯通而引起的爆炸及燃烧,保证了在循环过程中电极结构的完整性和稳定性,提升安全性。

“使用PI导电粘结剂在锂离子电池上有3个优异特征:一是能减少温度突然飙升时的发热量,令安全性提高;二是PI树脂的热安定性提高,扩大适用范围;三是浆液穏定,不随时间而变质,并有耐碱性,能抑制粘度变化,在电极涂覆处理时,可大幅提升制造效率。”陈金轮介绍。

具体来说,聚酰亚胺环上的羰基(C=O)与Li和e可以产生电化学反应,在一定程度上能够改善电极材料的电化学性能。为了优化银催化腐蚀的微米多孔结构硅材料电极的组成,分别使用聚酰亚胺(PI)与传统的PVDF作为粘结剂制备了复合电极并进行对比,PI基电极与PVDF基电极经过20周循环后的容量保持率聚酰亚胺(PI)明显优先。

同时,PI粘结剂比PVDF的添加量少,可以添进更多的电解液,从而提升电池容量,加上聚酰亚胺本身阻燃的特性,在穿刺测试时,只会产生烟雾,而不会导致着火,大大提升锂电池的安全性。其剥离强度为3.33N/cm(180゜剥离测试)及拉伸强度为108.7(Mpa),对比PVDF的数值,在粘结力上有显著的优势,可以弥补市场上常规粘结剂上的不足。

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