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王岑:博赛利斯硅负极体系在高功率电池项目中的应用

日期: 来源:先进电池材料收集编辑:Sinobattery









2022CHPB-5 现场照片十张(左右滑动查看更多精彩)

  导读

2022年11月23日-25日,由中国化学与物理电源行业协会、中国电子科技集团公司第十八研究所共同主办,先进电池材料/北京中联毅晖国际会展有限公司承办的《第五届先进高功率电池国际研讨会The 5th International Conference on Advanced High Power Battery》(2022 CHPB-5)在苏州顺利召开。本届大会得到了中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的特别支持,并由无锡先导智能装备股份有限公司冠名赞助及蓝科途、安普瑞斯(南京)、山东精工电子、长虹三杰新能源等赞助单位的大力支持。参加本届大会的嘉宾来自国内外汽车产业、无人机、3C电子、电动工具、铅酸电池、超级电容、镍氢电池、锂离子电池及系统Pack、锂电池四大主材等配套相关设备等领域;共有200家企业单位,400余位嘉宾出席了此次国际研讨会。


2022CHPB-5,Session8提升高功率电池性能的关键材料的技术发展”分论坛主题上,来自博赛利斯(南京)有限公司,王岑博士/总经理做了“博赛利斯硅负极体系在高功率电池项目中的应用”主题演讲。

博赛利斯(南京)有限公司,王岑博士/总经理

今天我的演讲主题是博赛利斯硅负极材料在高功率电池体系中的应用。

其实之前标题上写的是安普瑞斯,首先给大家介绍一下博赛利斯和安普瑞斯的渊源,大家都了解安普瑞斯是业界硅负极材料的创新领导者,之前有几家业务不同的子公司,由于我们美国兄弟公司近期在纽交所上市,根据上市公司管理的相关规定和我们自身发展需要,国内各个子公司名字分别做了如下变更;

我所代表的安普瑞斯(南京)有限公司的产品是HESO硅负极,同时,我们也会做一些基于HESO硅负极材料的高能量密度解决方案,因此我们公司的新名称是以硅元素发现者,著名化学家Berzelius来命名的,中文名字是博赛利斯,我们新的Logo是由S和I两个元素构成的,这蕴含着我们对以往业务的传承,也预示了我们对将来的期待,我们会矢志不渝的在硅负极领域持续创新,为锂电事业的发展贡献力量。
安普瑞斯(南京)公司硅负极的发展进程非常迅速,从2020年8月份向市场推出了HESO高性能硅负极材料之后,2021年4月开始百公斤级出货,同年12月累积出货量达到吨级以上,今年1月份同合肥庐江政府签约了2万吨的纯硅负极项目,并于11月18日在庐江召开了开业典礼,预计在2023年第四季度和2025年一季度分别会有3000吨和2万吨的项目投产。
HESO材料首次放电比容量能够达到1400mAh/g,首次效率为93%,基本与人造石墨相当。这使得HESO材料可以用任意比例取代石墨、甚至可以实现完全取代石墨;并且取代石墨比例越多,对应能量密度的领先性就会越大。目前我们已经充分证明了通过HESO材料来实现320wh/kg、350wh/kg以及400wh/kg的电芯性能。
另外,HESO材料不仅在正极材料体系上具有广泛的适配性,还在电芯形态上,可以有多种选择。不仅可以搭配三元正极材料,也可以搭配磷酸铁锂或者下一代磷酸锰铁锂正极材料;不仅在圆柱电池具有非常广阔的应用,同样在方形和软包电池也能够适用,尤其是国际国内很多方形和软包头部客户,都已经进行大批量的放大验证和导入量产计划。在纯电车、电动工具、无人机和垂直起降飞机eVTOL这些案例里面,我们材料都具有非常高的商业价值。

我们的HESO硅材料尺寸分布均匀,表面会有固态电解质的包覆,可以提升锂离子的传输速度,改善材料动力学,硅的晶粒尺寸可以做到4纳米以下,并且嵌锂和脱锂动力学相对比较均衡。
今天的会议主题是高功率电池应用,所以给大家展示两个平台的应用探索,第一个平台是30%HESO添加量的快充体系的开发,给大家展示的主要目的是,让大家了解一下HESO这个材料在快充体系应用前景。这是我们做的快充设计,搭配三元NMC811正极,倍率放电能达到5C,放电初期拐点电压高,容量保持率达到95.5%,产热小;5C倍率充电,从0%充到80%仅需10min,具有极高的充电效率。低温放电性能,-40度1C放电时,截止电压2.0V,容量保持率80.0%;-20度1C放电时,放电初期拐点电压高,2.5V截止时,容量保持率为81.0%。软包电芯在60度,满电存储30天后,热态时,满电对初始半电的膨胀率为3.1%。循环测试时都采用最严苛条件进行,首先电池形态为软包电芯,其次是在没有夹具状态下进行自由循环,充电截止电压为4.2V,并在0.02C截止,放电截止电压2.5V,100%DOD,这也比国标相对来说更严苛,尤其是在大倍率充电时下挑战性更大。给大家展示了两种不同倍率的循环条件,分别是2.2C直充和3.75C直充下的1C放电循环,虽然我们展示的数据,还无法实现1000次的循环,但是有些大客户,已经可以实现大倍率循环800次,甚至达到1000次的水平。45度循环比常温循环会差一些,目前基本上存在这种规律,45度循环保持率大概是25度的80%左右,也跟不同客户电化学体系设计有关 。
 

第二个平台是我们的高硅体系,在今年8月份一次锂电池会议上,我们首次向业界展示了80%HESO体系,能量密度达到400Wh/kg,这次向大家展示用非常高HESO含量做出的高功率方案,电芯容量是10.8Ah,能量密度为356Wh/kg,800Wh/L。由于我们设备量程有限,无法进行3C以上测试,所以在这里给大家展示一下,我们客户5C放电数据,两颗电芯的一致性非常好。另外,60度满电存储30天后,热态膨胀<10%,残余容量93.4%,回复容量达到99.1%。在-40度以0.2C倍率放电时,容量保持率为76.5%。这个是软包电池100%DOD不上夹板时的自由循环,1C充电2.8C放电,大概能实现300次。在航空航天领域,例如固定翼飞机或者支线航空,在未来的实际应用场景中,一般可能会锁定30-50%电量。我们自测时,则会使用相对严苛的条件,按照30%的电量来锁定,在70%DOD区间内循环,按照目前的循环趋势,可实现800次,甚至更有可能达到1000次循环。现在的固态电池或者金属锂电池,具有非常高的能量密度,但是由于可能存在锂枝晶的问题,无法实现大倍率充电,而我们的HESO快速充电能力也非常好,充电从0%SOC至80%SOC仅仅耗时18min;另外,固态电池或是金属锂电池在使用过程中必须使用夹具,而夹具的使用,会导致能量密度大幅度的降低,然而,我们这个HESO高硅电池体系,所有测试都是在不上夹板情况下进行的。

以上就是我们今天的介绍,目前HESO材料在业界的认可度非常高,希望我们能够配合越来越多的客户,在不同领域里面发挥我们材料的优势,积极开拓HESO材料在除了纯电车、无人机、电动工具以外其他新领域的应用,我们也非常期待能与更多客户合作交流,助力于碳中和的早日实现,谢谢大家!

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