...”核心技術解決首效及迴圈,矽基負極材料研發商「昱瓴新能源」獲得...

36氪近日獲悉,矽基負極材料研發商「昱瓴新能源」獲得懷遠經濟開發區投資集團有限公司、上市公司股東個人投資數千萬元A輪投資,資金用途主要為產能擴張、研發投入及市場拓展。

高速增長的鋰電市場前景,使得全產業鏈對高效能鋰電池的技術探索充滿動力。由於石墨負極材料的比容量已逐步接近理論極限值372mAh/g,理論比容量為4200mAh/g矽登上負極材料舞臺。儘管理論比容量更高,但由於矽的物理特性原因,其導電性較弱,體積膨脹率較高(>300%)、進而造成更大的應力問題、在多次迴圈中可能粉末化;同時,因為矽材料的比表面積高於石墨,首次不可逆鋰損耗達 15%~35%——也因此,矽基負極材料的技術研發及生產工藝主要針對上述問題進行攻克。

採用矽碳複合材料是當前抑制膨脹、提高導電性的核心思路,並輔以各項技術進一步提高。國內外負極材料及矽料產業諸多玩家均已紛紛沿著矽氧碳路線、矽碳路線、矽合金化路線進行研發與生產佈局;其中國內玩家中,負極材料龍頭貝瑞特已率先於2021-2022年實現量產,其他國內玩家主要在中試階段。根據GGII 統計 2021年我國矽基負極出貨量約1。1 萬噸。

“當矽基負極材料首效達到90%以上、迴圈次數在1000次以上、單位生產成本與高階石墨基本持平時,矽基負極材料會存在滲透率的爆發。低端石墨會被取代,高階石墨可作為矽基負極物理摻混或化學複合用。當前矽基負極材料主要在3C消費類和4680動力電池率先產業化應用。”昱瓴新能源創始人劉萍博士向36氪分享道。

昱瓴新能源於2019年正式運營,是專注於高效能鋰電池負極材料(矽氧碳SiOC、矽碳SiC、多孔矽碳和人造石墨等)研發、生產、銷售和解決方案的綜合供應商,擁有自主開發的“低鋰耗”和“多孔矽基複合”核心技術,分別解決矽氧碳負極的首效、迴圈問題與矽碳負極的膨脹問題。

行業其他眾多玩家一般選擇“預鋰化”工藝來解決矽氧碳負極材料的首次不可逆鋰損耗問題,即在生產負極材料時便預先補充更多鋰粉或鋰鹽,來應對額外的損耗,但是預鋰化工藝存在成本及安全性上的短板。隨著全球鋰電需求高速增長,鋰資源的稀缺性日益逐步加深、鋰成本不斷上揚,額外在電池材料中補充更多的鋰離子,也增加了析鋰的可能性、生長出鋰枝晶導致隔膜破損、進而導致熱失控。

昱瓴新能源自主開發的“低鋰耗”技術,採用控制含氧量、最佳化結構形貌為基礎,結合碳包覆提升電子電導率、穩定化學/電化學反應介面、提升材料的結構穩定性,從而達到高首效、長迴圈的目的。

“以通俗的說法來說,‘低耗鋰’技術是增強自身“免疫力”,從而達到較低的鋰損耗;預補鋰技術是吃“補藥”。有電池廠反饋,預鋰後的矽負極,漿料會變成渣子般或果凍般狀態,且流動性不太好,或者伴有產氣現象,如果預鋰過量的話還會析鋰。”劉萍博士向36氪介紹。

從昱瓴新能源向36氪展示的測試資料來看,採用“低鋰耗”技術的矽氧碳前驅體容量1600~1700mAh/g,設計成450mAh/g矽氧碳複合負極材料,摻混比例約8%,首次效率約90。5%;採用“預鋰化”技術的矽氧碳前驅體容量1300~1400mAh/g,設計成的450mAh/g矽氧碳複合負極材料,摻混比例約10%,首次效率91。5~92。0%。可見低鋰耗技術的首效已與預鋰技術非常接近。在首效基本持平的情況下,低鋰耗技術擁有較大的成本優勢。

預鋰化技術一般分為材料端的預鋰化,由負極材料廠商執行;以及工藝端的預鋰化,由電池廠執行。前者的預鋰成本將轉嫁至電池廠承擔,後者成本轉嫁至下游車廠。根據昱瓴新能源提供的成本資訊,昱瓴新能源的矽氧碳前驅體成本較國內玩家預鋰化矽氧碳前驅成本低約40%-55%,較日本廠商的預鋰化矽氧碳前驅體成本低約70%-85%。

除“低鋰耗”矽氧碳負極材料主打產品外,多孔矽碳負極材料作為昱瓴新能源另一項自主研發產品。其三維多孔結構,有利於鋰離子的快速傳輸,並提供一定的空間來緩衝活性物質在嵌/脫鋰過程中的體積變化,釋放應力/應變,具有良好的結構穩定性;並進一步透過複合金屬元素或石墨烯來提高多孔矽碳負極材料的導電效能。

“多孔矽碳複合負極材料PSC1000,電化學效能測試在0。1C時比容量1172。1mAh/g,首次效率90。1%,0。5C迴圈100周容量保持率為94。5%。全電測試500周迴圈保持率在80%以上。這款產品的容量比較高,後續會從製備和電池體系兩方面進一步最佳化提高綜合性能。”劉萍博士介紹道。

高階人造石墨負極材料是馬上可以起量的正現金流專案以及矽基負極材料的基材專案,昱瓴新能源透過對人造石墨核心工藝最佳化,簡化了部分傳統工藝步驟,減少了全流程的損耗,從而提高了得料率。其中對石墨化工藝進行大幅提效,透過與裝置廠聯合開發連續石墨化裝置,減少了工藝成本。核心裝置專用化也是昱瓴的核心競爭力之一。

此外,昱瓴新能源研發儲備了針對柔性鋰電池及固態電池使用的快充型多孔矽基薄膜負極,比容量為2000mAh/g,固態電池客戶測試反饋這種快充型多孔矽基薄膜負極具有良好的機械柔韌性、連續彎折穩定性和強度,能滿足3C~4C快充要求,能量密度可達到800Wh/L。

“當前昱瓴新能源矽基負極材料中試產能為20噸,但是已開始在安徽蚌埠建設1萬噸/年的矽基複合負極材料生產線,預計最快2023年6-7月投產;在客戶拓展方面,其主打的矽基負極材料產品已在各大客戶測評過程中,部分客戶測試已透過。”劉萍博士向36氪介紹。

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