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                琥崧智能:纳米分散研磨技术助力硅碳负极产业化
                时间:2022-08-04已有70人浏览责任编辑:琥崧智能

                近年来,备受业界关注的特斯拉4680电池的推出,在电池能源领域掀起了一波新电极材料产业化的浪潮。此次与电芯体积一起∮增长的,不仅是电池容量、循环寿命,还有市场对其中硅碳负极材料的爆发性需求。

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                放眼当下,硅基负极产业的发展有哪些技术痛点,纳米材料分散研磨技术的突破又将为行业带来哪些重要意义?本文走进上海琥崧智能科技股份有限公司,带您一探∮究竟。

                硅碳负极材料:应用前景不可估量

                在汽车电动化的发展进程中,续航里程和成本一直是制约纯电动汽车快速◥发展的重要因素。电池作为突破点,一直是各家车企、电池厂商发力的重点。从1865到2170,再到4680(即直径46mm,高度80mm的新一代圆柱电池),作为新一代型号电池,毋庸置疑,4680将有望广泛应用于车用动力电池储能设备中,为用户╳带来更安全、更强劲的电源动力。

                微信图片_20220804172032.png电池的迭代升级

                而4680电池能收获如此多的关注,是因为和传统电池相比,有几大特殊的革新亮』点。首先,电池无极耳的设计解决了电池一直以来的散热难题,提升了快充能力和安全性;干电极工艺的采用,能够简化步骤、减少制造成本;负极材料用硅碳部分∏替代石墨,正极材料则选择高镍去钴,电池能量密度大幅提升,续航里程更可增加20%。

                为适应更高能量密度的电池需求,硅基负极走入▽产业视野。在全球范围内,包括纳米硅碳、氧化亚硅基等在内的原材料,都迎来了蓬勃发展期。随着技术︻瓶颈的克服与终端客户接受度提升,硅碳将成本下降,实现大∑规模量产, CNCET(中国化工经济技术发展中心)预计,2023年我国硅碳负极材料产量及消费量将达到6万吨,未来硅碳负极市场前景巨大。

                微信图片_20220804172040.png锂离子电池产业链

                硅碳负▲极量产的技术痛点

                在动力及消费电池的催化下,随着硅基负极产业化持续铺开,群雄竞逐“硅基时代”。对于原材料生产企业来说,想要拥抱时代机遇,降低硅碳制备成▂本、实现高质量的大规模量产,仍存在许多现实的困难。

                从材料本身特性出发,在配方研发阶段,硅碳材料有着高投入、高难度和高门槛,以及长研々究周期、长验证周期和长应用周期的“三高三长”的特点。其中的高难度体现在,除了高能量密度特性以外,硅材料的膨胀系数大,多次充放电◥的膨胀和收缩,容易导致粉末化,进而会降低电池☆的整体稳定性,埋下安全隐患。

                为了降低硅的几何尺寸和体积,以解决材料膨胀问题,纳米化是非常重要的一环,对于◥厂商的工艺要求很高。而在包覆阶段,目前主流采用“碳包硅”类似果壳的材料结构,来降低粉碎的风险,厂商则需要确定原料添︼加比例,以提高材料库仑效率、电流⌒的均匀性和功率密度,这些都是难点所在。

                不仅如此,材料想要从实验室走向百吨级生产,中试的放大过程至关重要。正所谓一代材料、一代装备,材料研究、工艺和设备是一个密不可分√的整体,需要形成闭环。然而,国内厂商普遍比较重视配方研发,开发存在着严重的割裂问题,制约了中试放大的效率和可靠性。

                除此之外,在产品质量的◢稳定性和一致性层面,国内厂商与国际领先水平仍存在较大差距。精益生产讲★究“人、机、料、法、环、测”全因素平衡的理念,然而部分厂商在表征过程中,缺乏对外部条件(包括异物防护、静电控制、粉尘水分)的考量,认为工艺参数不变、检查指标在范围内,质量就会稳定,这一理念误区亟需被纠正。

                毋庸置疑,在硅碳负极材料制备过程中,纳米化是成功实现产业化的关键。而纳米硅制备和包覆工艺本质上就是分散ζ 研磨的过程,但是纳米粉体及相关分散、研磨是精细化工高附加值产品的关键技术,全球仅有少数几家公司掌握,技术壁垒很高。

                领军专利技术,攻破纳米材料难题

                一直以来,无论是对制造企业还是用户而言,纳米材料的粒径分布、形貌一致性都是核心的关注点。在众多制备方法中,机械球磨法凭借粒度小、分布匀和工艺简单▓等优势,在工业化生产中应用广泛。然而,这一传统制备方法仍有许多难题亟待解决:

                • 在纳米化过程中,粒径d50小于100nm是必要的门槛,因此研磨介质「要小于0.1mm,筛网间隙要小于0.05mm(1/2研磨介质),当纳米硅达不到要求时,筛网就容易被堵住,影响制备效率和正常生产;

                • 研磨过程←中物料和研磨介质会向出料端集聚集,易导▅致堵料;

                • 在骨架化这一重要预处理环节,由于纳米硅在研磨后会产生静电现象,且会包有一层溶剂,让粉体很难以单个颗粒的形式和石墨结合,会导致聚ζ乳胶化进而影响材料性能;

                • 半成品从干燥后到窑炉、粉碎及成品的物料输送环节,气体输送速度(速度过快会破坏物料外表面,影响成品∞率)、料气比的控制都很重要。且除了要保障长距离输送的稳定ω 性、避免堵管外,企业还需考虑除尘环节和降低能耗的问题。

                作为纳米材料分散研磨领域的领军企业,面向硅碳负极材料制备,琥崧开发了覆盖』从实验室,到中试再到产业化的全流程解决方案。瞄准纳米材料研磨的无筛网化,琥崧的纳米砂磨机采用双离心分离,可利用离心力和向心力差,实现研磨介质与物料的分离,保障液体介质出料顺畅。

                为助力规模︾化制备,琥崧拥有全球首家大容量的纳米砂磨机SMN150,制备效率是国外设备的两倍,可大大降低单车成本、提高毛利,减少质检频次,实现卐进口替代,帮助企业事半功倍地实现材料的产业化。

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                全球首家大容量硅碳负极专用纳米砂磨机SMN150

                不仅如此,琥崧通过创新的结构改进,能让物料运动在有压力的情况下,改变㊣ 物料的运动轨迹,不集聚在出料段,而是█处在中间位置,巧妙地解决堵料的问题。该设备的研磨粒径分布更窄、批次稳定性更高。琥崧研发生产的纳米砂磨机采用动态离心分离原△理,确保研磨介质与物料的无障碍分离,出料顺畅,最小可使用0.03mm研磨介质,实现30nm以下的物料研磨,基本达到了纳米化几何尺寸的极限,2020年已通过轻工业〓化学电源研究所工业产业质量控制和技术评价实验室的技术鉴←定。

                微信图片_20220804172052.jpg轻工业化学电源研究所对琥崧纳米砂磨机进行质量技术评价

                值得一提的是,琥崧也是国内首家拥有在线分散技术(IMS)的公司,为业内提供纳【米级研磨分散服务。琥崧在线分散设备通过“真空吸料-解聚-浸润-分散”,将固液/液液进行混合分散,它通过真空无损失地吸入粉体,爆破解聚后,再与∴泵送液体进行浸润分散。特殊的定/转子设计实现了高效的剪切速率,且粒径↓分布均匀,可代替部分粗磨。同时,在封闭的系统内进行分散,可减少粉尘污染及VOC的排放,绿色环保,实现生产智能化;减√少人工干预及原材料的浪费,提高产品质量的一致性和稳定性。

                微信图片_20220804172101.png琥崧在线分散技术(IMS)原理

                此外,在输送环节,琥崧还拥有专有输送技术,可让输送速度※更慢、料气比更高、耗气量更低,保证长距◥离、短距离输送不堵管,在琥崧的气源管理系统的帮助下,更能将能耗降低30%以上。

                打造紧密■闭环,护航产业化进程

                纵观硅碳纳米材料从研发走向产业化的全过程,琥崧在行业内扮演着重要的护航者角色。无论是①针对配方阶段,还是在材料骨架化、成品输送的过程中,琥崧打ㄨ通了研发、中试和放大过程,并让配方、工艺和设备三者实现有机结合,打造紧密闭环,通过提供】全面的系列解决方案,为产业化的工艺一致性提供坚实的基础保障。

                微信图片_20220804172108.jpg琥崧智能硅碳负极行业解决方案

                不仅如此,在琥崧i-Neuron? 智能化工厂解决方案的帮助下,客户还能让配方管理、订单管理、工艺管理、配置管理、设备能耗及故◎障,形成端到端的一体化的可视化视图,为设计方、业主方、施工方都提供巨大便利。

                微信图片_20220804172114.jpg位于江苏太仓⊙“中德先进制造技术国际创新园”的琥崧生产基地

                深耕纳米材料领域多年,琥崧拥有高〗端装备、数字化工厂、物联网技术领域的强大的中德专家技术团队。一直以来,公司坚持原创开发,致力于推动我国纳米材料的发展与进步。厚积薄发,琥崧现已打破德国々对纳米研磨设备的技术垄断,基于强大迅捷的供应链,为国内外客户提供着全方位服务和保障。


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