埃力生亞太材料部負(fù)責(zé)人陳金輪（左）、鋰電“達(dá)沃斯”論壇組委會(huì)/電池百人會(huì)/中關(guān)村新型電池技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟秘書長(zhǎng)于清教（右）
政策監(jiān)管趨嚴(yán)、市場(chǎng)效應(yīng)漸顯、投資擴(kuò)產(chǎn)降溫、產(chǎn)能釋放加速、龍頭企業(yè)崛起、弱勢(shì)企業(yè)出局……在新一輪洗牌中，新能源動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)開始走向成熟，終端消費(fèi)者的需求對(duì)行業(yè)走向的影響力度隨之加大。
對(duì)于消費(fèi)者來說，考量新能源汽車的實(shí)用性，動(dòng)力電池的高能量密度及高安全性成為重要指標(biāo)。對(duì)于動(dòng)力電池能量密度的提升，在正極材料方面，高鎳三元材料是重點(diǎn)關(guān)注方向，而在負(fù)極材料方面，SIO負(fù)極材料有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
目前商業(yè)化鋰電池負(fù)極材料主要為石墨類碳負(fù)極材料，有著相對(duì)較為成熟的技術(shù)方案，占據(jù)了9成以上的市場(chǎng)份額。“但傳統(tǒng)石墨負(fù)極能量密度只有372mAh/g，而SIO負(fù)極的理論能量密度超其4倍，高達(dá)1800mAh/g。”埃力生亞太有限公司（簡(jiǎn)稱：“埃力生亞太”）材料部負(fù)責(zé)人陳金輪對(duì)電池網(wǎng)（微號(hào)：mybattery）表示，“預(yù)計(jì)2020年SIO負(fù)極材料市場(chǎng)空間達(dá)50億左右，同時(shí)市場(chǎng)集中度將非常高。”
公開資料顯示，在國(guó)際市場(chǎng)，日立化成、日本信越、吳宇化學(xué)和美國(guó)安普瑞斯已經(jīng)有較為成熟的硅基負(fù)極出貨。而國(guó)內(nèi)也有多家企業(yè)涉足硅基負(fù)極領(lǐng)域，貝特瑞和杉杉等企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，可批量出貨。
埃力生亞太創(chuàng)立于2006年，經(jīng)營(yíng)電子材料、精細(xì)化工、機(jī)器設(shè)備、電池材料、半導(dǎo)體相關(guān)制品資源集成平臺(tái)。公司多年來積極引進(jìn)日、韓、歐、美等地的先進(jìn)設(shè)備器材、特種材料及技術(shù)，產(chǎn)品包含多種鋰離子二次電池原料，包括鋰電池隔膜、高質(zhì)量鋁箔以及其他新型電極材料。目前，公司正大力推進(jìn)大阪鈦業(yè)的SIO在中國(guó)的應(yīng)用和推廣。
陳金輪介紹，由于硅是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)材料，為了提供鋰離子在硅SI電極材料中的擴(kuò)散速度，就需要提高硅SI材料的導(dǎo)電性能，形成導(dǎo)電性好、附著性好、化學(xué)穩(wěn)定性高的SIO負(fù)極材料。SIO負(fù)極的應(yīng)用，可以提升電池中活性物質(zhì)含量，從而大大提升單體電芯的容量。
另外，SIO表面無凹凸，可降低與電解液產(chǎn)生反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，擁有優(yōu)良的循環(huán)壽命維持率，材料安定性高，安全性能相對(duì)較好。
除了應(yīng)用硅負(fù)極材料，在提升電池容量及安全性方面，陳金輪還推薦了——PI（聚酰亞胺）粘結(jié)劑。PI分子結(jié)構(gòu)中含有酰亞胺基，具有更高的抗拉強(qiáng)度和彈性復(fù)原能力，可有效地適應(yīng)電極的膨脹和收縮，阻止電池內(nèi)發(fā)生的樹突造成正負(fù)極貫通而引起的爆炸及燃燒，保證了在循環(huán)過程中電極結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性，提升安全性。
“使用PI導(dǎo)電粘結(jié)劑在鋰離子電池上有3個(gè)優(yōu)異特征：一是能減少溫度突然飆升時(shí)的發(fā)熱量，令安全性提高；二是PI樹脂的熱安定性提高，擴(kuò)大適用范圍；三是漿液穏定，不隨時(shí)間而變質(zhì)，并有耐堿性，能抑制粘度變化，在電極涂覆處理時(shí)，可大幅提升制造效率。”陳金輪介紹。
具體來說，聚酰亞胺環(huán)上的羰基（C＝O）與Li＋和e－可以產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，在一定程度上能夠改善電極材料的電化學(xué)性能。為了優(yōu)化銀催化腐蝕的微米多孔結(jié)構(gòu)硅材料電極的組成，分別使用聚酰亞胺（PI）與傳統(tǒng)的PVDF作為粘結(jié)劑制備了復(fù)合電極并進(jìn)行對(duì)比，PI基電極與PVDF基電極經(jīng)過20周循環(huán)后的容量保持率聚酰亞胺（PI）明顯優(yōu)先。
同時(shí)，PI粘結(jié)劑比PVDF的添加量少，可以添進(jìn)更多的電解液，從而提升電池容量，加上聚酰亞胺本身阻燃的特性，在穿刺測(cè)試時(shí)，只會(huì)產(chǎn)生煙霧，而不會(huì)導(dǎo)致著火，大大提升鋰電池的安全性。其剝離強(qiáng)度為3.33N/cm（180゜剝離測(cè)試）及拉伸強(qiáng)度為108.7（Mpa），對(duì)比PVDF的數(shù)值，在粘結(jié)力上有顯著的優(yōu)勢(shì)，可以彌補(bǔ)市場(chǎng)上常規(guī)粘結(jié)劑上的不足。
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