文字|钛资本研究所随着新能源行业的快速发展，锂离子电池的快速发展，作为主要成员，不仅促进了行业发展，而且促进了生产和生活方式。他们在电子消费者的三个主要领域中实现了广泛的应用，从而储存功率和能源。近年来，市场规模的平均每年增长超过20％，而且发展势头也很强。锂离子电池主要由四个部分组成：正电极，负电极，分离器和电解质。来自2024年的运输数据的判断，正货物材料的货物量达到320万吨，负电极材料的运输量超过210万吨，而且增长率也在下降。在负电极材料领域，负石墨电极占据了全部优势，提供了超过95％的优势，而硅，硅碳和其他Inte磨碎的负电极材料小于5％。锂离子 - 离子电极材料如何形成和变化？将来有什么趋势？最近，Titanium Capital邀请Bowei New Energy Materials董事长Yang Ruifu分享。他是北京理工学院机械和电气工程学院的博士学位，并且曾是中国人民解放军设备通用设备的科学研究和实验的高级研究员。他加入了近30个科学研究和实验。他多次赢得了国防科学技术进步奖。他是国家和省级关键新产品和火炬计划项目的领导者。他拥有60份专利，并且在福建省也是剩余的人才（B）。他是教育部长江河的学者，也是其余年轻科学家审查的专家。他目前负责在含有氟的新材料的研究和开发中，并已成功建立了广东jinguang Hi-Tech Co，Ltd和Fujian Longde New Energy Co，Ltd。的主持人是Titanium Capital总监Wang Minwei，他长期以来一直关注切割和甲基渠道金融技术。以下是共享内容：石墨负电极的结构和特征与所用的负电极的高比例及其有效的结构特性密切相关。它具有六面体层状结构，在同一层的碳原子上是共价键以产生欢乐的六角形，而层通过弱的范德华引力力连接，其间距为0.335纳米表，这是lith静脉离子的通道，用于去除和去除。在锂离子电池运行期间，负电极材料中的锂和碳构成合金化合物，并将恢复锂离子的嵌入和脱离。完整的放电过程会产生充电和电池排放。石墨负电极还具有五个重要的好处：首先，特定能力是中等的，理论特异性容量为372mAh/g，并且商业产品的容量相对较大，为330-360mAh/g，可以满足MOSTER中的能量密度要求。其次，循环的性能很棒，当锂离子出现和去除，消费电子电池的生命周期超过1,000次，电池电池超过3,000次，并且储能电池可达到10,000次以上;第三，高电导率和低电势，高电子电导率，没有额外的导电剂，并且锂离子的电位接近金属锂金属，这可以确保高压和HIGH电池容量；第四，良好的安全性很好，在正常使用过程中嵌入和脱离锂离子的过程是温和的，并且产生金属锂树突，高热稳定性和安全事故的低外观（在严重的过度充电和过度免税等严重情况下除外）并不容易；第五，准备过程是旧的，而且成本较低。自1990年索尼日本（Sony Japan）推出了商业锂离子电池以来，该量表的技术重复和扩展40年就促进了过程的持续成熟度，并继续降低成本。但是，石墨负电极也具有明显的局限性。首先，特定的容量上限是众所周知的，商业产品接近372mAh/g的理论价值，在新的能源车辆和能源存储方案中，很难满足对高能密度的需求；其次，快速充电性能是有限的，锂离子在石墨层之间的扩散S受动力学的限制，大型电流单素很容易导致在电极的负面表面形成锂树突，这不仅带来了安全风险，而且还缩短了周期的寿命。第三，温度的柔韧性低，离子在低温下的导电降低，而石墨层之间锂离子阻抗的解剖会增加。例如，在-30℃的气氛中，容量损失可能超过30％，这严重阻止了低温。金属锂的合金化合物突破了石墨负电极的极限，该行业将注意力转向具有更高容量的合金材料。硅，磷，罐，铝等都是研究方向。当这种类型的材料形成具有锂的合金时，特异性容量显着高于石墨。以硅为例，其理论特定能力为4200mAh/g，这是石墨十倍以上。但是，这种类型的材料具有较高的体积膨胀率，并且硅电导率很困难。解决扩大数量和电导率的问题已成为其商业应用的主要技术瓶颈。目前，基于硅的基于硅和磷合金是负电极材料的研究主题。基于硅的负电极经历了四代技术迭代。每一代人逐渐通过设计材料的设计并优化过程，逐渐改善了关键问题，例如首次扩大量，周期寿命和效率。同时，在室温下的硅稳定，可以轻松操作并减少工程难度。预计在2030年左右，基于硅的电极的渗透性将达到30％，并且基于磷的材料在高端田间的应用将逐渐扩展，并且有望促进新的材料将来锂离子电池的性能突破。基于基于阳极的材料的基于阳极的材料的第四代基于硅的阳极材料的概述是提高锂离子电池密度的能量密度的主要方向。他们的技术重复继续在解决能力，循环寿命和成本的三个主要矛盾时继续重复。四代技术开发了一个具有显着差异的技术系统。每种技术的兴奋剂都有自己的重点，重点是结构设计，性能和应用情况。以下是从技术原理，基本缺陷的优势和应用程序灵活性的详细说明。 1。基于基于负硅电极的第一代：磨碎的硅底物负材料电极第一代基于硅的负电极属于Physical变更类别，技术核心是通过机械球铣削 +碳涂料工艺来制备微米尺度的核心壳结构。特定过程是：首先，通过传统的磨削机械球的过程，硅原材料与微尺度的颗粒很好，然后将微谷颗粒涂有碳覆盖以最终形成NG NG核心壳结构，类似于“核桃壳”或“鸡蛋壳”或“鸡蛋壳” - 硅颗粒是“核心”，而碳层是“芯层”。从性能的角度来看，这一代技术的主要优点集中在灵活性和初始扩展抑制过程中。一方面，阈值过程非常低，只能通过依靠成熟的球磨削技术来完成生产。无需引入复杂的设备或新工艺。它可以直接适应现有的锂离子电池线，这是负生产线，可以直接与石墨材料混合，具有非常强的兼容性；另一方面，碳涂料产生的核心壳结构可能首先减轻litiumang问题中的硅在IO嵌入/脱离过程中扩大体积的硅，从而将原始300％的硅材料硅速率降低至约150％，从而将最初应用的基于硅的材料的基础置于基础上。但是，基于硅的阳极的第一代缺陷也是众所周知的，这严重阻止了其巨大的促销。首先，周期的寿命很短。由于由机械厂（微光级）制备的硅颗粒的晶粒尺寸较大，并且碳涂层层容易在充电和循环释放期间破坏，因此硅颗粒容易累积和破裂。通常，在200个周期后可以显着实现容量。其次，库仑的第一个效率（第一效应）很低，机械涂层PROCESS难以实现碳层的均匀和完整的层，涂层的强度还不够。计费和释放过程的SA期，由负电极和电解质材料产生的膜SEI将被重复和再生，消耗大量锂的活性离子，并且第一效果只能维持在70％-80％；第三，电导率很困难，硅本身是一种半导体材料，电子传导的效率很低。需要更高比例的导电剂来满足基本导电要求，从而进一步压缩活性成分的容量比例。 2。基于第二代硅的负电极：基于硅 - 氧气化合物系统的负电极的第二代硅在化学修饰的路径上旋转，氧化硅（SIO）和碳复合材料作为技术核心，以及优化的硅 - 氧气形成材料的优化材料债券。技术原理是：使用氧化硅和碳重组，氧原子与硅原子形成稳定的氧硅键，同时形成氧化锂，氧化硅锂和其他成分。这些产品不仅可以用作扩大体积的缓冲介质，而且还可以发展出锂离子的快速交付通道，同时又可以防止纳米硅颗粒的积累并改善了化学水平的基于硅材料的自然缺陷。与第一代相比，第二代技术性能的改善集中在循环和容量性能的稳定性上。在体积控制控制方面，氧硅键的存在和缓冲液组成的形成将进一步将材料体积的体积进一步降低至100％-120％；循环的寿命已经大大扩展，它可以稳定循环超过500次，这超过了最高限制第一代200次；特定容量也得到显着提高，达到1500mAh/g，这明显好于传统的石墨负电极（约372mAh/g）。此外，硅氧键可以减少硅和电解质之间的直接接触，提高负材料电极和电解质之间的界面稳定性，并降低SEI膜断裂的频率。但是，在第二代硅的阳极中仍然存在主要问题。首先，第一个效果仍然很低。由于氧元素的存在，该材料在第一次充电和释放过程中会形成氧化锂，氧基硅和其他成分。这些成分消耗了锂的某些活跃离子，导致第一种效果仍然保持70％-80％，这是一个有商业需求的空间；其次，需要提高电导率和电子限制的效率硅氧化合物本身的作用尚未从根本上得到改善。需要通过添加导电剂来优化电子传递效率，这增加了材料制备的成本和过程的复杂性；第三，容量的损失是不可逆转的，反应形成的硅酸锂是一种非活性成分，不能参与锂离子的随后循环。这种类型的物质消耗了约30％的锂离子，这直接导致有效材料能力降低。 3。基于第三代硅的负电极：基于硅的基于硅的基于化学化学的系统，引入了第二代硅的物理技术技术技术化合物，主要是解决活跃锂的初始容量损失的问题。技术逻辑是：在组成系统中，与硅化合物系统结合使用。添加了诸如氮锂，金属锂粉，磷化锂等的鹰，或者添加了第二代技术的锂增强界面层瓶装。这一代技术的主要优点可以在改善的第一效，循环寿命和能量密度的重合中看到。第一个效果是被愚弄，从第二代的70％-80％到90％以上，大大降低了第一次旋转的容量损失；周期的寿命进一步扩大，普通系统可以达到近1,000个周期。当适应自动电池（例如与特斯拉相关的电池）时，循环寿命可以达到1,000-1,500个周期，这些周期满足了电池的长期需求；能量密度的性能很棒。当与高尼克三元阳性电极匹配并适应高电解质系统时，电池质量能可以达到250-300WH/kg，这可以有效地提高末端产品的耐力（例如ELE车辆）。但是，第三代技术的缺点主要集中在过程的复杂性，gast风险和安全性的复杂性上。首先，该过程很困难，灯光前的过程需要准确控制锂元素的分布，需要引入特殊设备，设备投资的规模急剧增加；其次，安全风险增加，一些系统使用金属锂粉作为锂补充剂，而金属锂粉末则容易受到空气反应和水分的影响，并且存在氧化和燃烧的风险。在整个制造过程中应使用燃油保护，以增加控制控制的难度；第三，成本增加，并且在过去两代人中，与过去两代人相比，材料制剂的成本增加了15％-20％，增加了静态试剂（例如氮化锂，磷化锂）和燃油保护过程，已经是RE涉及其应用于中低端产品。 4。4。基于第四代硅的负电极：多孔碳骨架 - 纳诺西复合系统第四代基于硅的电极是一种创新的结构技术。主要是通过消除化学蒸气（CVD）的过程开发三维导电网络。技术原理是：硅烷气体被热分解以产生纳米硅颗粒，并同时将它们包含在多孔碳骨架的空隙中。多孔碳骨架的结构稳定性用于限制纳米硅颗粒体积的膨胀，同时依靠碳骨架电导率来产生连续的电子和离子传输通道。从技术变革的逻辑的角度来看，这一代技术从第一代“物理范围”，第二代“化学变化”和第三代“ ACTIVE将锂提高到“结构变化”，更准确地平衡了能力，循环和成本的三个主要矛盾。作为基于负硅电极的先进技术的当前技术方向，第四代系统具有四个主要好处。首先，结构性稳定性非常强大。小碳概述可以承受15mpa和contress的压力，并构成了良好的微米和型号，并且构造了良好的元素，并且在线且型号是富有型号的，并且构成了良好的元素，并且构成了良好的元素，并且可以承受良好的型号，并且可以承受良好的型号，并且可以承受良好的型号，并且可以承受良好的型号。由硅烷的热分解形成的颗粒被限制为5-10纳米的范围，均匀地散布在多孔碳的孔中。颗粒以防止它们在循环过程中掉落电极，很重要循环稳定性的秘诀。其次，电子和离子是完全携带的，多孔碳骨架是SP²的杂种结构，具有SAD电子和高导电性。三维通信结构可以发展出连续的电子传输路径，从根本上解决硅电导率缺陷；同时，多孔结构可以增加电极和电解质之间的接触区域，缩短锂离子的传播距离，并使材料能够在高速电荷和释放下保持眼睛的能力。第四，界面的稳定性很棒。多孔碳可通过基本的碳涂料和二级碳涂料工艺来排除硅和电解质之间的直接接触。此外，碳框架的表面可以通过掺杂元素（例如氮和磷）来控制，以激发稳定的SEI膜的形成，该薄膜富含非有机物质SucH作为氟化锂，降低了旋转过程中界面阻抗增长的速率，并进一步改善了循环寿命。第五，应用方案的灵活性是灵活的，并且可以通过优化硅负荷（通常在30％至60％）和碳骨架孔尺寸的分布来满足不同的需求：ANG材料的硅材料为50％-60％，集中在高容量上，适用于高容量，适用于能量密度的情况（例如电气车辆车辆）；硅负荷为30％-40％的材料集中在循环稳定性上，适用于需要更高寿命的储能电池等场景。与过去三代技术相比，基于阳极的阳极的第四代已达到了全面的超过关键指标，例如理论能力，体积扩展，第一影响，电导率，速率性能和周期性能。它不仅可以解决基于硅的材料的自然缺陷，而且还可以平衡性能NCE和通过结构设计的成本，这成为将来大型硅阳极应用大型阳极的主要方向之一。尽管第四代多孔碳骨架循环复合阳极在能量密度，第一撞击和循环寿命方面取得了突破，但仍有四个主要问题可以解决。目前，它是工业化的前夕，并且在三个主要的性能，成本和未来情况的方向上进行温暖，并有望成为2030年左右锂电池阳极的主要选择。就技术瓶颈而言，首先，工业链长度很长，成本很高。材料链涵盖了硅烷气的制备，蒸汽的化学去除（CVD），火山床加工，多孔碳的产生和其他连接。与传统的磨削和涂料过程相比，该过程明显更长，并且该过程更加复杂，这直接促进了制备成本。 sEcond，能量密度的量受到限制。多孔碳框架的高无效比率导致材料的实际密度低。尽管特定质量的容量很大，但功率特异性强度比高容量石墨负电极高20％-30％，因此很难满足严格的体积要求；第三，周期的长期结构是稳定性不足。在计费和释放过程中，硅颗粒的重复膨胀和撤退将逐渐破坏碳孔的完整性，这可能导致导电网络的破坏，高比表面积将增加界面膜（SEI膜）的面积。 SEI薄膜在长期散发性，电解质和活性锂的消耗下继续生长，并导致容量。第四，电解质的和谐差。多孔碳结构扩展了湿电解质区域，很容易CAuse对硅和碳之间的界面的过多侧面反应，并需要特殊的电解质来抑制它，从而进一步增加了电池系统的成本。从当前应用状态的判断中，将使用硅碳复合材料用于高性能电池已成为该行业的同意，但是大规模的工业化尚未达到，并且正处于工业化的前夕。整个阶段是在工程验证，工业适应和设备改进的阶段。在当前的工业链中，诸如硅烷气的设备，CVD的火山床是工业化的，而碳颗粒仍处于小批处理验证阶段，并且尚未实现大规模生产，这成为限制一般工业化进步的主要联系之一。未来的发展将集中在三个主要方向上：绩效提高，成本和扩展情况。在改善方面Oving性能，在设计结构设计水平上，可以通过准确构建层次的多孔结构来优化材料的物理和化学特性，从而创建动态的自我修复界面，采用多金属元素复合材料以及碳材料的协同作用；在界面水平上，可以降低物理和电化学MGA连接剂和导电剂之间的协调，以及聚合物材料的原位涂层，并增强界面的稳定性。就成本成本而言，就劳动过程而言，当前的CVD过程可以升级到持续生产的水平磅，降低能耗和成本以及提高效率；在原材料成分中，可以使用低量的生物质多孔碳来替换基于树脂的多孔碳，也可以使用光伏废物来产生硅烷气，同时，干电极工艺可以是可以建立促进和闭环回收系统以进一步压缩成本。在扩大情况下，对高端快速电池电池，固态电池的需求，Pati还爆炸了新的经济领域，例如低高度经济和人形机器人，将为硅复合材料创造各种应用空间。通常，硅碳复合材料将显示出加速技术变化，成本持续下降以​​及各种未来应用情况的趋势。在短期内，对消费电子和电池电池的需求将主导其增长。在中期和长期时期，固态电池的商业化以及低高度经济的爆炸式增长，预计将开放数万亿个市场空间。预计将是2030年左右的负锂电池电极的主要选择，导致全球能源行业与能源和寿命相同的新高度增强。负电池技术是一个创新的方向，近年来锂离子电池领域已经出现了无负的电池技术。它的主要技术特性与传统电池显着不同 - 它不是负电极电流收集器表面上的预制活性材料，而是允许去除锂离子并在从正极电极中卸下负电极后直接在负电极收集器上去除。这种独特的设计将其与传统的负面图形电池和金属锂电池区分开。它有两个主要的好处：一个是能量密度较高，可以节省预制的负有主动材料的空间和重量，并释放更多的设计空间，以破解电池能量的整体密度；另一个是成本较低，减少了负有主动电极材料的制备，处理和组装，简化了MANU构成过程并降低原材料和流程的成本，并在成本敏感的电池（例如电池和能源储能电池）中使用的潜在应用成本。但是，目前没有电极的负电池面临严重的技术瓶颈，这限制了其大型应用。最基本的问题是锂金属行为和界面稳定性差的失控沉积：在电源过程中，锂金属在当前的收集器上不均匀，这很容易形成树突。锂树突不仅刺穿了电池的标准剂，从而导致正电极和负电极的短路，而且幅度很大会增加安全风险；它还可以引起电极表面上固体电解质界面膜（SEI膜）的重复破裂和修复。 SEI膜的不稳定性将继续消耗锂的电解质和活性离子，这将显着降低效率电池循环的智慧和效率首次导致了快速的电性能损害，例如加速能力，短暂的寿命以及减少无电电极电池的障碍。为了应对上述问题，目前主要集中在技术泛型的四个主要方向上：首先，当前的收集器变化，通过修复当前收集器的表面形态，组成或结构，并防止锂树突的生长来指导锂金属的同等去除；其次，电解质爆发并开发特殊的电解质形式（例如添加新的锂盐，溶剂或添加剂），提高锂离子递送的效率，并促进固体SEI膜的形成；第三，人造SEI薄膜结构以及统一而密集的人造膜界面是通过物理或化学技术提前准备的o替换自然开发的不稳定的SEI膜以提高界面的稳定性；第四，通过在电池系统中添加thoselithium补充剂，引入了锂补充技术，支付了周期期间活跃锂的消耗，并减轻了容量衰减。在许多研发方向中，3D多孔技术被认为是一个可以在未来产生重大突破的领域，包括3D多孔金属阳极和复合金属阳极。这种类型的技术的主要优点在于具有小结构的材料不仅具有收集波的功能，而且还为去除锂金属的去除提供了足够的空间，可以防止锂树突的生长通过物理限制，同时可以将其变化到Lillium sterosing/Deintercations的范围内，从而捕获了lillium Secortion和Deintercalcation的循环。 ISIT被认为是最有前途的发展之一没有电极的负电池技术的通道。 Zhangjiangang Bowei公司的技术背景和Zhangjiagang Bowei公司的多孔碳田布局已经完成了两代技术研究的迭代及其主要产品-Propous -Porsous -Poers -Carbon的发展，这形成了差异 - 不同的优势。第一代产品是无定形块多孔碳，这条技术途径与大多数国内等价物是一致的，在很大程度上满足了基本应用情况的需求；第二代产品是公司的主要变化 - 高球形多孔微球的当前成就。通过突破性技术，可以控制两个关键指标：一个是控制晶粒的大小，并且可以根据客户的需求调整微球的大小；其他的是可以控制孔的大小，可以适应各种电池系统的需求R锂离子输送渠道和缓冲量的体积，可以为各种应用程序（例如电池，能源储能电池）和不同客户提供自定义解决方案。目前，它能够验证小型工程工程，这为随后的大型营销生产和促销奠定了基础。问题1：将来下游市场的负电极材料的需求结构发生了什么变化？这种变化在负面材料公司中会带来什么机会和挑战？答：材料负硅碳电极位于工业暴发的前夕，预计将取代石墨作为下一个主要负电极，还有100亿个轨道。根据现有的石墨负电极市场，到2030年，只有负碳电极才能发展出1000亿个空间，超过20-30亿个锂电池含量ALS，例如六氟磷酸锂。鲍伊（Bowei）的多孔碳技术除了电力外，还可以插入诸如固态电池，超级电容器，兆瓦级快速级别的场景，并且每个细分市场都需要数百亿美元的要求。该行业仍处于工业化的早期阶段。当技术领导者叠加在加速资本方面时，他们将领导并掌握了很大的股息。问题2：CATL本身还会产生负电极材料的研发和制造。将来您将与他们建立什么样的关系？是竞争还是成为他们的供应商？答：Bowei被定位为“合作供应商”，并使用替换技术进入电极的硅负轨道。很长一段时间以来，传统的负电极领导者（例如Bettery）深入参与石墨系统，碳材料的进入等于ST从一开始尽管鲍伊（Bowei）在多孔碳研发方面依赖了十多年的经验，但它开发了两代产品，导致其竞争对手达到了一到两年的谷物尺寸和孔尺寸。该公司正在与许多领先的国内负电极材料和其他领先的公司一起安排和射击样品，并计划与“ Supply + Technology共同创建”模型合作：Bowei提供了高性能的多孔碳和过程处理过程，而其他方面则完成了研究和增强硅碳组合材料的研究和增强大量生产以实现的过程。通过与“首先启动技术 +顶级渠道”的这种协同关系，Bowei不仅可以迅速锁定流动订单，而且还可以允许传统巨头在窗户时期内完成技术升级，形成稳定的供应和苛刻的社区以及共同的群集碳碳碳市场。 规格l Pahayag：上述内容（包括照片或视频（如有））已由“ NetEase”自助媒体平台的用户上传和发布。该平台仅提供信息存储服务。 注意：上面的内容（包括照片和视频（如果有））已由NetEase Hao用户上传和发布，该用户是社交媒体平台，仅提供信息存储服务。