伴随着全球能源变革,双碳转型快速推进,以锂电、光伏、氢能等为代表的新能源产业已处在升级的风口浪尖。其中,锂电行业凭借全球化产能、技术创新、供应链管理等优势步进了全新的发展周期,产业进入了大规模制造阶段。
这也意味着,锂电行业竞争进入下半场,产品品质和性价比成为竞争的关键点,极限成本、极限效率、极限良率成为产业链上下游的一致追求,产品性能的深度挖掘、制造成本的极限追求已是企业升级、提高综合竞争能力的核心途径。
目前,锂离子电池通过技术创新,产品性价比日趋完美,其中三元材料如811、9系材料已逐步取代523、622体系,湿法隔膜、涂胶隔膜、涂陶隔膜已对干法隔膜实现了替代,电解液通过调配锂盐浓度来适应不同倍率的产品能够获得较好的性价比,适用于半固态电池的固态电解质也呼之欲出。作为锂离子电池制造的三大主材之一的负极材料,除了硅碳、硅氧材料还在试用验证阶段,各电池企业仍旧以采用人造石墨为主。以石油焦、针状焦、沥青等在一定温度下煅烧,再经粉碎、成型、分级、高温石墨化等工艺制得的人造石墨材料具有优良的导电性和导热性,且热膨胀系数小、易于石墨化等特性,但人造石墨首次库伦效率较低,制造成本较高、加工性能差一直是行业的痛点。
近期,安徽国洁新能源联合华明胜科技开发天然石墨系列产品,通过对天然石墨改性加工,追求在高倍率、长循环领域对传统的高端人造石墨形成替代。天然石墨的种类很多,根据结晶形态不同,可以分为致密结晶状石墨、鳞片石墨和无定形石墨。但是天然石墨层状结构规则性差,作为负极材料锂离子在嵌入时速度十分缓慢,且由于材料各向异性较高,极易导致活性物质与集流体接触不充分,从而造成电池放电倍率性能差。虽然目前很多企业已经运用天然石墨作为锂电池的负极材料,但是由于这些缺陷的存在,造成了电液浸润差、首效低、循环性能差、倍率性能差等,使得天然石墨只能在低端产品上展开一些应用。
国洁公司与华明胜经过近一年期的研究已取得阶段性进展,其中以高纯度天然石墨为材料,经过低中温煅烧、表面活性剂改造、再造粒形态重塑、掺杂改良、及电磁改性等一系列的加工技术控制,很好地解决了天然石墨改性的所有技术难题。以开发出的典型规格SGP-26作为负极材料在GJ inr18650-2000型电芯产品上应用,中试产出产品容量分布、55℃高温存储K值、5C倍率放电循环性能等数据如下:
1、1C-1C循环1cycle容量分布
从实测的循环寿命数据上看,经过特殊工艺改性处理后的天然石墨在倍率型产品上应用,获得了提性能降成本关键技术突破,改善了电芯的循环性能,寿命与行业同类产品500周指标相比提升了40%,大幅延长了电动工具、电动车及机器人电池包的使用年限。