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最新锂电池负极材料产业发展简述(附碳负极材料的工艺流程)

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锂电池负极材料是锂电池的重要组

锂电池负极材料在锂电池中起储存和释放能量的作用,主要影响锂电池的首次效率、循环性能等。锂电池负极材料由碳系或非碳系材料等负极活性物质、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂,均匀涂抹在铜箔两侧,经干燥、辊压而成。

 

20世纪90年代,中国锂电池负极材料行业处于萌芽期,市场主要为日本企业占据;进入21世纪,中国锂电池负极材料行业进入起步期,锂电池负极材料逐渐实现国产化。2011年之后,中国锂电池负极材料行业进入快速发展期,国产企业在锂电池负极材料领域大部分已经实现了进口替代。

 

产业发展现状

 

根据高工锂电、鑫椤资讯公布的数据,2016-2020年,中国负极材料出货量逐年上升,2020年负极材料出货36.5万吨,市场增幅超预期,主要系全球各领域锂电池需求大幅增长所致。其中,2020年,人造石墨出货量达30.5万吨,占比达83%,天然石墨出货量为5.7%,占比达16%。

 

产业发展前景及趋势预测

 

动力电池以及储能电池需求将驱动行业快速发展

 

锂电池负极材料应用前景广阔,未来主要发展驱动主要来自动力电池以及储能电池。尤其在新能源汽车锂电池方面,随着国家新能源汽车政策规划出台,行业需求将出现爆发式增长。

 

目前最具开发潜力的主要是风光电场、商业化削峰填谷电力项目、传统电厂和微电网等下游市场,可再生能源的加速建设,使得储能的商业化应用更加迫切。

 

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锂电池碳负极材料的工艺流程

 

1、石墨包覆

 

锂电池碳负极材料—石墨—间距小于锂—层间化合物的晶面层间距,在充放电过程中,石墨层间距改变,易造成石墨层剥落、粉化,还会发生锂与有机溶剂共同嵌入石墨层及有机溶剂分解,影响电池循环性能。

 

通过石墨改性,在石墨表面包覆高软化点的沥青,能够提高负极材料与电解液的相容性,防止溶剂共嵌入、分解和石墨结构剥离。

 

2、包覆方式

 

将沥青均匀覆盖在石墨颗粒的表层,有两种方式:

(1)用低速液相搅拌器,将沥青、石墨和溶剂混合搅拌,利用溶剂作载体,实现均匀包覆的目的;

(2)包覆物和被包覆物在固相状态下进行混合,混合在低速的螺旋混合器中进行。


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岐昱玻璃固相合成反应釜——用于实验阶段


为了简化生产工艺,提高包覆效果,可以采用高速混合机,在包覆材料熔融的150~350℃的临界状态下进行包覆。


3、固化及炭化处理


在实现物理包覆后,需进行热处理使包覆材料进行聚合反应和炭化反应,使包覆材料固化在被包覆材料表面上。在已有技术中实现包覆材料固化主要有两种方法。一种是炭化炉中进行静态炭化反应,另一种是釜式反应器中进行固化反应。


经炭化的产品导电性能进一步增强,最终可以满足锂离子电池对炭负极高的电容量、高的压实密度、结构稳定、不可逆容量损失低、衰减慢、合理的料粒径分布和表面性质等要求。

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