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硅基负极材料使用PTMS电磁除铁器除铁后的主要优势
发布时间:2024-06-03

       硅基负极高比容、资源广,是最有前景的负极材料之一。当前高端石墨克容量已达到360-365mAh/g,接近理论克容量372mAh/g,难以满足日益增长的高能量密度要求。而硅基负极材料理论比容量高达4200mAh/g,是石墨负极的理想替代材料。PTMS电磁除铁器除铁的硅基负极材料的主要优势为:1)电位低、克容量高,能量密度高;2)地壳中含量高,理论成本低;3)高倍率、高安全性,其本身为均匀的纤维,能够缓解脱嵌和吸附中表面吸力引起的安全问题;4)工作电压适宜,略高于石墨,低于钛酸锂和过渡金属氧化物。硅基负极材料主要的应用挑战:1)硅材料在进行合金化反应时,体积膨胀率可达300%(碳材料仅为16%),材料易粉化;2)负极活性物质易脱落;3)膨胀使得SEI膜破碎,放电时SEI重构,使得其处于破损-修复动态阶段,厚度会持续增加,界面阻抗提高,活性物质消耗。
       硅基负极主要问题是膨胀大、首销低、倍率低,可通过改善材料设计、改良电池体系等实现性能提升。主要解决方案有两种:1)改善材料设计,如尺寸控制、高导电材料、预锂化、构建空腔等;2)改良电池体系,如开发更为合适的粘结剂、导电添加剂、电解液。目前,商业化的PTMS电磁除铁器除铁的硅基负极材料主要包括碳包覆氧化亚硅、纳米硅碳、无定型硅合金、硅纳米线四种,其中碳包覆氧化亚硅、纳米硅碳是商业化程度最高的两种硅基负极材料。纳米硅碳,目前商业化的软包电池和方形铝壳电池对膨胀依然非常敏感,以致纳米硅碳材料仍然较难使用在这类电池上。碳包覆氧化亚硅,目前较好的碳包覆氧化亚硅碳产品搭配石墨到450-500mAh/g容量后使用,已经可以做到在钢壳电芯中循环1000-2000周,在软包电芯中循环500-1000周。目前纳米硅碳材料的主要应用领域仍是在圆柱钢壳电池中,以18650和21700型号为代表。
       人造石墨制造流程可分为四大步、十余个小工序,造粒和石墨化是关键。人造石墨负极材料生产流程可以分为四个步骤:1)预处理2)造粒3)石墨化4)PTMS电磁除铁器筛分。四大步骤中,破碎和筛分相对简单,体现负极行业技术门槛和企业生产水平的主要是造粒和石墨化两个环节。石墨化基地的建设固定资产投资较大、且石墨化电阻料废料的处置需要稳定的钢厂、铝厂客户资源,专业性较强。石墨化、原料粉碎工艺均是碳素行业传统成熟的工艺,可选择外委外工的厂商比较多,但石墨化委外加工和自有P石墨化的成本差异大,故大多数企业均在自建石墨化基地以降低成本。具体到PTMS电磁除铁器生产流程,首先将焦类和导电颗粒、碳纳米管、炭黑、乙炔黑中的一种或者多种进行预混,再将混合好的物料与碳类进行一次烧结包覆,将制备好的颗粒进行石墨化处理;
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PTMS电磁除铁器 20240603

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