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        “高快長低均”,差異化開發(fā)高端石墨負(fù)極材料 ——訪湖南大學(xué)劉洪波教授


        來源:中國粉體網(wǎng)   黑金

        [導(dǎo)讀]  中國粉體網(wǎng)專訪湖南大學(xué)劉洪波教授

        中國粉體網(wǎng)訊 2023年2月9-10日,由中國粉體網(wǎng)主辦的“先進(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”于山東青島隆重召開。會議期間,針對石墨負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)及市場現(xiàn)狀,我們邀請到來自湖南大學(xué)的劉洪波教授做客“對話”欄目,進(jìn)行訪談交流。


         

        劉洪波教授


        中國粉體網(wǎng):劉教授,據(jù)了解您主要從事炭石墨材料的基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用技術(shù)開發(fā)。相較于非碳材料,您認(rèn)為鋰電池負(fù)極中的碳材料有何競爭優(yōu)勢?


        劉教授:鋰離子電池問世以來,碳材料就是鋰離子電池負(fù)極材料的一個主流。這期間也經(jīng)歷一些變化,從中間相炭微球、人造石墨,到天然石墨,再到人造石墨回歸。其中也出現(xiàn)一些非碳負(fù)極材料。而這些新的非碳材料,比如硅,也在用碳材料來提高導(dǎo)電性等性能?梢哉f碳材料在鋰離子電池中的應(yīng)用是非常廣泛的,包括現(xiàn)在一些正極材料也要用到碳材料進(jìn)行包覆。


        中國粉體網(wǎng):劉教授,目前石墨負(fù)極材料的市場現(xiàn)狀如何?


        劉教授:石墨負(fù)極材料目前的現(xiàn)狀是中國一家獨(dú)大。全球的出貨量中國占90%以上。


        石墨負(fù)極材料已有三十多年的發(fā)展歷史,天然石墨負(fù)極材料的占比曾遠(yuǎn)高于人造石墨負(fù)極材料,但自2014年以來,由于動力電池對倍率性能和循環(huán)性能的要求較高,天然石墨負(fù)極材料的占比逐年降低,目前已不足15%。天然石墨雖然具有成本和比容量的優(yōu)勢,但是強(qiáng)勢回歸后的人造石墨負(fù)極材料的循環(huán)性能、安全性能、充放電倍率表現(xiàn)更為優(yōu)秀,近年來市場占有率一直穩(wěn)定在80%以上。

        隨著“碳中和”“碳達(dá)峰”的提出,以人造石墨為主的負(fù)極材料企業(yè)壓力變大,因為石墨化的高能耗、高成本問題凸出。所以近幾年我一直呼吁“走出去”。鋰電池企業(yè)要走出去,負(fù)極材料企業(yè)也要隨著走出去,找一些電價相對便宜的地方建石墨化企業(yè)。

        此外,近期新能源汽車出口海運(yùn)存在一些瓶頸。對于新能源汽車,中國目前占據(jù)很大的優(yōu)勢。如果出口受限,這會對整個產(chǎn)業(yè)影響很大,正負(fù)極材料都會受到影響。


        中國粉體網(wǎng):劉教授,對于目前主流的人造石墨和天然石墨負(fù)極材料,各自需要突破的關(guān)鍵技術(shù)有哪些?


        劉教授:天然石墨負(fù)極主要需要突破的就是循環(huán)、倍率性能。尤其是循環(huán)性能,到目前依然沒有很大的突破。這也是自2014年以來天然石墨負(fù)極材料產(chǎn)量增加乏力、市場占比逐年下降的原因之一。

        人造石墨負(fù)極的主要問題是石墨化。石墨化是人造石墨負(fù)極材料生產(chǎn)成本最高的工序,占人造石墨負(fù)極材料生產(chǎn)成本的50-55%,因此也成為目前降低石墨負(fù)極材料生產(chǎn)成本的主攻目標(biāo)。

        經(jīng)過多年的努力,石墨化的成本在下降。但依然是高能耗、高溫的過程。其中高溫對設(shè)備也提出了苛刻的要求。所以企業(yè)也在研究開發(fā)降低原材料的成本,降低石墨化的溫度;在裝備上,提高整爐產(chǎn)品的均勻性,進(jìn)行連續(xù)化石墨提純,包括前段連續(xù)炭化、連續(xù)造粒,實現(xiàn)整個負(fù)極材料制造的純連續(xù),以此降低生產(chǎn)成本及環(huán)境污染。

        需要注意的是,高溫預(yù)炭化與石墨化聯(lián)動可降低綜合成本。但企業(yè)要注意市場的變化,對于不具備一定實力企業(yè)不要輕易去擴(kuò)產(chǎn)。


        中國粉體網(wǎng):劉教授,您如何看待石墨負(fù)極材料的發(fā)展趨勢?


        劉教授:石墨負(fù)極材料有很多的優(yōu)點(diǎn),綜合性能是最好的,成本也是最低的。其他負(fù)極材料,比如硅碳,還是有降本的空間的。但從現(xiàn)在的工藝路線來看,降到石墨的成本還是有難度的。所以說石墨負(fù)極還是有成本優(yōu)勢、性能優(yōu)勢的。

        目前主要的問題是容量。鋰離子插入石墨層間形成LiC6的理論容量為372mAh/g,這一理論值既為石墨負(fù)極材料的發(fā)展指明了方向,同時也給石墨負(fù)極材料容量的進(jìn)一步提升設(shè)置了“天花板”。

        對于容量,可以進(jìn)行高容量負(fù)極材料與石墨負(fù)極材料的復(fù)合來提高。所以,我覺得未來石墨負(fù)極不會沒有它的市場,它的占比仍然會比較大。


        中國粉體網(wǎng):劉教授,最后請您分享一下您近年來的研究成果以及成果轉(zhuǎn)化方面的進(jìn)展情況?


        劉教授:有關(guān)成果在報告中也提到一些,包括高容量、高倍率的工作,以及天然石墨與硬碳復(fù)合的工作。硬碳具有高于石墨負(fù)極材料的倍率性能,超細(xì)石墨與硬碳復(fù)合可以獲得高倍率性能的負(fù)極材料。

        最近一段時間我特別關(guān)注的是均質(zhì)化的石墨負(fù)極。經(jīng)過一定發(fā)展歷程,理想的狀態(tài)就是每個顆粒的性能都是極一致的,盡可能減少每個顆粒間的性能差異。也就是從以前的摻混產(chǎn)品逐漸變成單一的產(chǎn)品。單一產(chǎn)品的綜合性能或者某一性能我要求是可調(diào)控的,但同時又非常穩(wěn)定。這樣對于未來安全性、電池設(shè)計、使用過程中可控性等都是比較好的。通過一定控制,做出理想的負(fù)極材料。當(dāng)然,這一想法也要經(jīng)過市場的驗證。


        結(jié)語


        劉教授在報告中提到未來5-10年內(nèi)鋰離子電池負(fù)極材料仍會以石墨為主,產(chǎn)能快速擴(kuò)張的可能仍存在,但更可能出現(xiàn)的是殘酷的市場競爭,無研發(fā)團(tuán)隊的企業(yè)將面臨較大的危機(jī)。同時,石墨負(fù)極材料綜合性能提高的難度增大,企業(yè)應(yīng)更多關(guān)注特色產(chǎn)品的開發(fā),從“高快長低均”的角度發(fā)展新產(chǎn)品,提高市場競爭力。


        (中國粉體網(wǎng)采訪/黑金 、文字整理/黑金) 

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        作者:黑金

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