浙江长兴中俄新能源材料技术研究院有限公司院长王庆生认为,目前锂离子电池电极的设计因为工艺设计及理念问题,一味追究超薄电极及集流体,以至无压实空间可言,容量提升已经达到天花板,故目前不是技术落后了,而是需要更换新的电池设计的思路。

图片来源:特斯拉官网

图片来源:特斯拉官网

2月22日,根据证券时报报道,接近特斯拉的相关人士表示,特斯拉自主研发的新电池是干电池技术+超级电容组合,具体成分预计会在4月的特斯拉电池会议上进行说明。

受此消息影响,周一开盘,超级电容概念走强,截止收盘,新筑股份、泰尔股份、思源电气、新宙邦等多股涨停,“干电极”技术也再次受到关注。

国君新能源研究团队认为,特斯拉自主研发生产的是“干电极”超级电容技术,技术来源于2019年收购的“Maxwell”。

据悉,2019年2月5日,特斯拉在资金紧张的情况下,宣布以2.18亿美元溢价55%收购Maxwell。Maxwell公司是全球最著名的超级电容器制造商,其中Maxwell超级电容器、蓄能装置是该公司主打产品,其独特之处在于功率密度高、使用寿命长,能够快速充放电,而且在极端温度下仍能确保性能的稳定性和可靠性。但是,有外媒指出,特斯拉更感兴趣的或许还是Maxwell的“干电极技术”。 

那么,什么是“干电极”?其实,干电池并不算是新技术,已经过多年发展。公开资料显示,干电极技术是指不适用溶剂,直接将少量(5%-8%)细粉状PTFE粘合与正极/负极粉末粘合,通过挤压机形成薄的电极材料带,再将电极材料带层压到金属箔集电体上形成成品电极。

私募基金行业研究员漫步Ethan发文称,干电池与传统锂电池工艺差异主要体现在电极片制造上:传统的锂电池制造使用有粘合剂材料的溶剂NMP/MNP与负极或正极粉末混合后,把浆料涂在电极集电体上并干燥,是湿法工艺。而干电池技术,不使用溶剂,而是将少量(约5-8%)细粉状PTFE粘合剂与正/负极粉末混合,然后通过挤压机形成薄的电极材料带,再将电极材料带层压到金属箔集电体上形成成品电极。

有业内人士指出,干电极技术的优势在于:一是电极压实密度更高有利于负极补锂;二是可以更容易使用超高镍正极材料;三是成本更低;四是可以适用于下一代材料体系,甚至包括固态电池。

对此,浙江长兴中俄新能源材料技术研究院有限公司院长王庆生表示,就“干电池技术+超级电容组合”说法过于牵强也不准确,技术的公布也是断章取义,电容器是用来存储电荷的,是个物理过程,蓄电池是用来存储电能的,是个化学过程,如果把超级电容结合到电池里使用是可以的,就上述所说的应为“干法电极”制备工艺,就工艺关键特点来说应主要在电极结构的设计上,我们现在做的聚合物锂离子电池(准固态)就是先做正/负极电极然后转移热压到集流体上。

“关键是集流体结构设计,如上述所说采用现在铜铝箔集流体压合(集流体表面喷涂导电胶处理),但附着力还是问题,活性物质和集流体界面阻抗会很大,大电流使用极化问题及后期充放电脱粉严重,故一定考虑新型结构集流体”,王庆生强调,“另外,PTFE粘接剂与活性材料干粉混合压制成电极(问题在于如何解决干粉混合压制电极,粉体间固固相界面阻抗问题和现在固态锂电池存在问题是一样的如何解决)提高极片厚度,提高压实密度,看是增加了空间活性材料使用量,至于质量比能量还是体积比能量是否能得到提高要看电池的设计,如果针对动力电池,电流的大小设计和集流体截面积有着直接关系,固固相界面阻抗问题一定要得到解决,因为我们设计的不是一次性干电池。”

此外,在王庆生看来,锂离子电池容量提升是多方面的,改进正极材料提高富锂含量、提高电压差(高电压窗口)、改善电极结构提升空间活性材料使用量等都是改善比能量的途径,但关键还是正极材料富锂量的提高和充放电时可以提供交换的锂离子数量。目前锂离子电池电极的设计(均为铜铝箔上涂覆活性物质再烘干压延)因为工艺设计及理念问题,一味追究超薄电极及集流体,以至无压实空间可言,容量提升已经达到天花板,故目前不是技术落后了,而是需要更换新的电池设计的思路。

王庆生进一步解释说,对于干法电池更适合高镍材料的说法,他认为目前无从说起,需要大量试验验证,按理说阻抗高产热快散热不好更不适应于高镍材料;对于使用干法大幅度降低了杂质导入,降低副反应,提高电化学体系电压说法,王庆生认为不是干法就有这个优势,湿法就存在这个劣势,就材料纯度和工艺加工过程都应严格控制杂质,控制不好一样存在杂质导致的副反应;对于提高电化学体系电压,王庆生也认为不取决于干湿法的工艺,而应该取决于高压电解液和高电压正极材料,杂质引起的微电池应理解为安全隐患,不足以明显体现拉低电池体系电压(因阻抗极化问题导致电池电压下降容量衰减比微电池表现更为突出);此外,溶剂的使用这要看其电极材料混料方式,各种技术都有短板和优势。

“干法制备电极也有其问题,解决集流体和活性物质面结合问题,固固相粉体材料界面阻抗问题,后续提供离子交换量问题等一样会增加工艺点,至于是否会大幅度提升比能量和降低成本这个不是简单的一个工艺改进就可以决定的,是全方位技术完善提升方可达到,但有一点可以肯定,前段涂布机是可以省下的,目前我们设计填充式电极和3D打印电极,涂布机后期都是可以不用的,三维电极结构、电极复合技术,多孔电极制备会成为电池技术发展趋势。”王庆生表示,干电池技术、电容技术都是较老的技术,干法电极技术也不是新技术,无论何种技术如何使用,主要是看他的新老技术如何结合创新,长兴中俄研究院目前已经储备了相关技术,不久将推出样品测试容量提升幅度。

漫步Ethan认为,干电池生产工艺难度大,且该技术还未通过大规模应用,估计短期量产难度较大。

国君新能源研究团队也表示,“干电极”超级电容技术是作为现在的动力电池技术的一个补充,可以提高性能,不会替代现有的产品,未来电动车发展的仍然是“锂电池+超级电容”和“燃料电池+超级电容”方式。

电池网(微号:mybattery)主站、微博、微信、手机客户端及电池智库(邮件直投)等全媒体平台及资源,每日精选电池产业链主流新闻、信息、数据等内容,每天覆盖国内外近百万用户或读者,咨询热线:400-6197-660,投稿信箱:zlhz@itdcw.com。

电池网微信
[责任编辑:赵卓然]

免责声明:本文仅代表作者个人观点,与电池网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本网证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。

凡本网注明 “来源:XXX(非电池网)”的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。

如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。电话:400-6197-660-2 邮箱:119@itdcw.com

动力电池
锂电池
干电极