リチウム電池のシリコン-カーボン負極の正極/電解質/バインダーをどのように一致させるのですか？

2017年後半以降、シリコンカーボン負極を使用した少量のリチウム電池がハイエンドのデジタル市場に投入され、パワーバッテリー会社も研究開発を進めています。最速はパイロットレベルです。 2018年には、シリコンと炭素の複合材料の量が2000〜3000トンに達し、前年比で約2倍になります。

2020年にパワーバッテリーの電力密度300Wh / kgを達成するという目標を達成するために、従来のグラファイトの使用を達成することは不可能です。シリコンカーボン材料の使用は避けられない方法です。シリコンカーボンアノードの時代が到来しているのは、まさにパワーバッテリーのエネルギー密度を急速に高める緊急の必要性のためです。

最近、ハイテクリチウムイオン電池は、大量生産されたシリコン炭素電池会社および関連するサポート材料会社から学びました。 2017年下半期から、シリコンカーボンアノードを備えたリチウム電池がハイエンドのデジタル市場に押し出され、パワーバッテリー会社もそれらの開発に懸命に取り組んでいます。最速はパイロットレベルです。 2018年には、シリコンと炭素の複合材料の量が2000〜3000トンに達し、前年比で約2倍になります。

「同社のシリコンカーボンバッテリーは、主にハイエンドデジタルに使用されています。」電池会社の幹部は、シリコンカーボンアノードのコストは高いが、最終製品の価格も高いことを明らかにした。シリコンカーボン電池は、開発・製造が特に難しいため、当面は使用していませんが、電池の寿命が長く、検証時間が足りません。

業界では、電池会社が最初にデジタルリチウム電池にシリコンカーボンアノードを使用し、次にそれらをパワーバッテリーの分野に宣伝できるようになるという見方があることは言及する価値があります。現在、円筒形、正方形、およびソフトパッケージのバッテリーはすべてシリコンカーボンアノードでテストされています。相対的に言えば、18650構造は、比較的多いシリコン-カーボンアノードに適しています。

一般的に、シリコンカーボンパワーバッテリーは、業界の発展において避けられない傾向であり、生産時間は、約1年かそこらでますます近づき、2年かそこらの間遅くなっています。現在、主流の陽極材料企業はシリコン炭素材料の生産能力の拡大を加速しており、関連材料（正極材料NCM811 / NCA、電解質接着剤）の研究開発と生産も成熟しつつあります。

アノード材料会社はシリコンカーボン材料の生産能力を拡大しており、関連する補助材料の開発と生産も成熟しています。

パワーバッテリー会社は、シリコンカーボンエアアウトレットの拡大に対する企業の否定的な反応をつかむ

実際、シリコンカーボンアノードはすでにパワーバッテリーの分野に適用されています。 2016年4月にテスラモデル3が発売された際、モデル3はパナソニックの電池を使用しており、アノード材料は人工黒鉛に10％シリコンベースの材料が添加されていることが指摘されました。 550mAh / gを超えると、エネルギー密度は300Wh / kgに達する可能性があります。

パナソニックがシリコンカーボンパワーバッテリーの工業化を最初に実現したことに加えて、国内のパワーバッテリー会社BYD、ニンデ時代、天津リシェン、万向A123、Guoxuan Hi-Tech、WeihongPowerなどがシリコンカーボンの研究開発を開始しましたアノードシステムが生成します。

2016年10月のニュースによると、ニンデ時代と中国科学院の物理学研究所が共同で開始した「新世代リチウムイオン電池産業化技術開発」プロジェクトが州科学技術部によって開始され、高ニッケル三元材料の研究開発が正極として使用されました。シリコンと炭素の複合材料を負極とするリチウムイオン電池は、リチウムイオン電池の比エネルギーを現在の150〜180Wh / kgから300Wh / kg以上に大幅に高めることができ、電力の国際競争力を効果的に向上させます。中国の電池産業。

上記のプロジェクトは2020年に工業化され、適用されると理解されています。当時開発された高エネルギーパワーバッテリーは、電気自動車の走行距離を2倍の450〜500キロメートルにします。

2017年上半期、Tianjin Lishenが国家プロジェクト「高比エネルギー密度リチウムイオンパワーバッテリー開発および工業化技術研究」で主導権を握り、エネルギー密度260Wh / kgのパワーバッテリーセルを開発したことがニュースで示されました。 350回の充電と放電。サイクル後、容量保持率は83.28％に達しました。同時に、エネルギー密度が280Wh / kgおよび300Wh / kgのパワーバッテリーサンプルが開発されました。その中で、シリコン-炭素複合アノード材料が適用されます。

また、2017年前半には、Guoxuan Hi-Techが特別プロジェクト「ルーチンエネルギー駆動リチウムイオン電池の研究開発と統合アプリケーション」の進捗状況を主導し、このプロジェクトでは高ニッケルカソードの使用が示されていますシリコンベースのアノード材料と一致してモノマーを実現する材料バッテリーのエネルギー密度は最大281Wh / kgで、バッテリーの容量は1Cの容量で350回室温に保たれます。リチウムイオン正極材料をシリコンベースのアノード材料と組み合わせて、302Wh / kgのエネルギー密度、0.5C倍、および室温サイクルを実現します。 195回の容量は80％に維持されました。

現在の研究開発やパイロット生産であろうと、今後のバッチアプリケーションであろうと、下流のパワーバッテリー企業はシリコンカーボンアノード材料を明確に必要としています。このような流れの中で、主流のアノード材料企業は前向きな反応を示し、シリコン-カーボンアノード材料の研究開発力を拡大する一方で、シリコン-カーボンアノード材料の生産能力を拡大しました。

ハイテクリチウム電池は、Zhengtuo Energyがナノ構造、カーボンコーティング、二次造粒技術を使用してシリコンカーボン材料のサイクル性能を効果的に改善し、不均一なコーティングを解決してシリコン材料と電気分解をもたらしたことを学びました。液体中のHF成分とシリコンとの反応によって引き起こされる電気的特性の劣化とポールピースの膨張。シリコンカーボン負極には、高いグラム容量（400 mAh / g-650 mAh / g）と優れたサイクル性能という利点があります。製品の最初の放電容量は≥420ミリアンペア時/ gです。クーロン効率は≥91％であり、0.5Cの1000サイクル後の容量維持率が≥80％です。

Zhengtuo Energyの担当者によると、同社のシリコンカーボンアノード材料プロジェクトの年間生産量は2017年8月に大量生産されました。前期は、主に420mAh / gモデルと450mAh / gモデルを推進していました。現在、サンプルテストと少量生産段階にあります。同時に、同社は、500mAh / gおよび650mAh / gの超大容量シリコンカーボンアノードをさらに研究して、その後の容量改善のための技術的予備力を確保しています。

シャンシャン株については、2017年4月に同社のシリコンカーボン負極はすでに月産トン数出荷規模であり、2017年には4,000トン/年の生産規模を完了する見込みであるとのことである。投資機関の調査で、同社のシリコン-カーボン負極は、エネルギー密度に応じて価格設定され、Whコストで測定されるその量が徐々に増加し始めていると述べた。

Yantailaiは2017年4月、江蘇省襄陽でダイアフラムとアノード材料を製造するために50億元を投資する計画を発表しました。このプロジェクトでは、中国科学院の物理学研究所と協力して、新しいシリコン-炭素複合アノード材料を製造します。 China Merchants Securitiesの情報によると、Guoxuan Hi-Techは5,000トン/年のシリコンカーボンアノード材料プロジェクトに投資しており、2018年に生産が開始される予定です。

正極/電解質および接着剤会社は、R＆Dイノベーション製品の大量生産に協力しています

業界の分析によると、シリコン-炭素複合アノード材料を作ることは難しくありませんが、優れた電気化学的性能を備えた複合材料を大量生産することは非常に困難です。シリコン-カーボンアノードの大規模な用途を制限する問題は、主に3つの側面に集中しています。1つは、シリコン-カーボン複合材料の電極膨張比が高いことです。第二に、シリコン-炭素アノード材料のサイクルとクーロン効率をさらに改善する必要があります。 。

とりあえずコストの問題を考えなければ、技術的な観点からシリコン-カーボンアノードの膨張とサイクルが悪いという問題を解決するだけでよい。アノード材料会社とバッテリー会社の共同の取り組みに加えて、カソード材料、電解質、バインダー、レシピの「パッケージ」、プロセスソリューションを含める必要があります。

カソード材料に関しては、シリコンカーボンアノードは主にカソード材料NCM811およびNCAと一致しますが、国内のカソード材料産業はNCM523からNCM622に移行しています。 NCM811には、技術的な障壁が高いため、克服すべき多くの技術的な問題があります。

しかし、業界の緊急の状況下で、Shanshan Energy、Dangsheng Technology、Ningbo Jinheなどの正極材料企業は、研究開発プロセスを加速させています。その中で、寧波金河と山山エナジーが量産を主導した（詳細は、以前に報告された「ハイニッケル3元811最新開発」のコスト削減のための「パワーバッテリーを助ける」ハイテクリチウム電池を参照）。

電解質に関しては、現在のシリコンカーボン電解質のほとんどは、高含有量のFECを使用してシリコンカーボンアノードのSEIを安定させ、シリコンカーボンアノードのサイクル性能を向上させますが、高含有量のFECは簡単に高含有量のFECに置き換えられます-ニッケルまたは高電圧NMCアノード、触媒分解、それによってバッテリーの高温貯蔵性能と高温サイクル性能を低下させます。

この点に関して、Xinzhoubangは独自に新しい正極皮膜形成添加剤LDY196を開発しました。これは、高ニッケル正極と高電圧NMC正極での電解質の酸化分解を大幅に抑制し、それによって高濃度でのFEC電解質の高含有量を効果的に改善します。ニッケルまたは高電圧、不十分な高温およびNMCバッテリーの下での不十分な循環。

高ニッケルポジ/シリコンカーボンネガに使用される新しいポジ皮膜形成添加剤LDY196、ネガ皮膜形成添加剤VC、FEC、リチウム塩タイプ低インピーダンス添加剤などにより、一連の電解質製品が開発されました。パワーバッテリーシステム。 1000サイクルの要件を満たし、優れた高温性能と低温性能を得ることができます。

このシリーズの製品は、高エネルギー密度NCM811、NCA、シリコンカーボンネガティブパワーバッテリーを備えた高電圧三元正電池で広く使用されており、国内外のハイエンド顧客に広く使用されています。

公開情報によると、珠海サイウェイ電子材料有限公司の研究開発担当者は、顧客との実際の協力を通じて、シリコンアノードが単一電解質よりも混合電解質で優れた電気化学的性能を持っていることを発見しました。ヘキサフルオロリン酸リチウム（LiPF6）を一定量のホウ酸リチウムビス（シュウ酸塩）（LiBOB）と混合し、炭酸ビニレン（VC）を添加しました。 LiBOBとVCの添加は、厚いSEI層の形成に優れた相乗効果をもたらしました。さらに、リチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（LiTFSI）などの新規リチウム塩を電解質に添加することで、シリコン炭素電池のサイクル性能を向上させることもできます。

接着剤に関しては、動作原理から、シリコンを負極として使用する場合、充電中に正極材料からリチウムイオンが抽出され、シリコン結晶の内部結晶格子に埋め込まれると、膨張（最大300 ％）シリコン-リチウム合金を形成させます。リチウムイオンは結晶格子から分離され、大きなギャップを形成します。電極構造の完全性を維持するために適切な接着剤を開発することが重要です。

ハイテクリチウム電池は、シリコンカーボン材料の接着剤が、シリコンカーボンとの結合能力や製品自体の凝集力など、一般的な製品の接着剤よりも強力であることを学びました。シリコンが膨張すると、接着剤がシリコンを引っ張ることができます。引っ張られたとき、接着剤は変形することができず、バッテリーの性能と寿命を保証するために元の状態に戻すことができます。さらに、電解質がバインダーの凝集力に影響を与えないように、バインダーは電解質と適合性である必要があります。

各社の「シリコン」が異なるため、添加割合が異なり、接着剤の要件も異なりますので、ご了承ください。したがって、接着会社は上記の要件を満たし、対象となる必要があります。調整します。

Chengdu Zhongkelaifang Energy Technology Co.、Ltd。のゼネラルマネージャーであるLi Renguiは、同社が長い間、顧客からの建設的な意見とその研究開発を組み合わせたプロジェクトとして、シリコン-カーボン負極用接着剤を塗布していることを明らかにしました。長年にわたって独自の接着剤。経験、対応製品の開発、量産・出荷を行っております。

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