2、设备端2:流化床制备硅碳有望进一步扩大至百吨级,具备量产能力。
1)工艺流程:在硅碳制备中,流化床反应器可以实现硅和碳的化学气相沉积。硅源和碳源被注入到流化床反应器中,通过加热和反应气体的作用,硅和碳在流化床中发生反应并沉积在颗粒表面,形成硅碳复合材料。优势:反应物颗粒与气相的接触程度大、包覆均匀性好等。劣势:成片纯度不高、设备零件使用期限短,因此目前流化床规模较小。
2)流化床沉积设备生产商主要为国内领先企业苏州纽姆特,其连续化开发速度处于行业领先地位。流化床化学气相沉积制备高性能硅氧碳负极材料技术目前已由百克级别实验室制备发展至百公斤级中试阶段,可见制备生产能力显著提升,产品已通过企业评测实现技术转化,未来有望进一步实现百吨级工业应用阶段。我国作为世界最大工业化国家,随着流化床技术不断提升,能耗有望逐年递减,应用持续扩宽,有望取得市场更多信赖
3、材料端:多孔碳批量生产难度较大,对硅碳负极性能关键。
1)多孔炭和硅烷气是硅碳负极的两个核心原材料。
2)多孔炭是与硅碳负极匹配度极高,从0-1的新材料。以多孔碳材料作为硅碳负极的碳骨架,采用CVD气相沉积方法向多孔碳骨架颗粒的孔隙里通入硅烷气体,通过加热使气体沉淀成硅纳米颗粒分散在多孔碳的孔隙里,合成硅碳复合材料 。多孔碳材料是具有不同孔结构的碳材料,具有高化学稳定性、高导电性、高比表面积和丰富可调的多孔结构,在能源存储、转换、催化、吸附分离等领域展现出巨大的应用前景。在硅碳负极领域的应用催化了多孔炭产业的发展。
3)多孔炭对最终硅碳负极的性能起关键性作用:
(1)通过多孔碳内部的空隙来缓冲硅嵌入锂过程中的体积膨胀效应;
(2)碳层包覆减少了裸硅与电解液的直接接触,抑制了SEI膜(固体电解质界面)重复生长,进而提升了锂电池的倍率性能及首次库伦效率。
4、因此硅碳负极纯品对多孔炭的品质提出了极高的要求:碳骨架的好坏直接决定产品的量产能力,不同多孔碳需要和不同的石墨作为匹配,才能在电芯端表现出良好的性能。不同场景下的碳骨架孔径、孔容、孔隙率要求均不一样,性能差异极大,需要专业的电芯设计人员配合才能完成开发。
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