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华为新款手机将加入硅材料升级快充技术
更新时间:2018-10-12 09:10:37 来源:
       续航时间是很多用户购买手机时会着重考虑的因素,一方面是电池容量,另一方面则是快充速度。近日据媒体报道,华为在国家知识产权局申请了一项锂电池专利。该专利可帮助手机有效提升电池的充电速度,并且华为已计划将该专利应用在新手机上。

据悉,华为通过在电池材料中加入高能量密度的硅基材料,可大幅提升电池的耐用度。同时因其中氮掺杂的碳材料,在充电过程中为锂离子迁移提供了快捷通道,最终可实现快速充电,相较于传统石墨电池,华为的新型电池将会更耐用。

若华为后续机型成功搭载并应用此类新型电池,对于整个数码行业的发展都是一次不小推进。并且新材料还可以应用于其他方面,例如电动车、充电宝等日常领域。

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硅材料在锂电池中的应用

硅材料本身具有导热、绝缘、阻尼高的特性,可以用于电子元器件之间的导热、绝缘和保护材料,因而在电驱动系统中有广泛的应用,诸如锂电池、燃料电池、电动机等。

在锂电池中,硅材料可以制作为导热填缝剂,在电池包内部、电池包与冷却系统之间进行填缝,增加接触面积,提高导热效率;在燃料电池中,可以用在不同的模组之间作为绝缘材料,并且可以作为灌封胶来实现密封效果。

硅材料在锂离子电池中的应用,主要涉及两方面,一是在负极材料中加入纳米硅,形成硅碳负极,二是在电解液中加入有机硅化合物,改善电解液的性质
纳米硅:锂电池负极材料的重要成员
纳米硅,指的是直径小于5纳米的晶体硅颗粒,是一种重要的非金属无定形材料,常由溶胶凝胶法等方法制备而成。纳米硅粉具有纯度高、粒径小、分布均匀、比表面积大、高表面活性、松装密度低等特点,且无毒、无味。 纳米硅的应用领域广泛:

与石墨材料组成硅碳复合材料,作为锂离子电池的负极材料,大幅提高锂离子电池的容量,这是我们关注的重点;

②用于制造耐高温涂层和耐火材料;

③与金刚石高压下混合形成碳化硅-金刚石复合材料,用做切削刀具;

④可与有机物反应,作为有机硅高分子材料的原料;

⑤金属硅通过提纯制取多晶硅;

⑥半导体微电子封装材料;

⑦金属表面处理。

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硅负极材料优势

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石墨的理论能量密度是372 mAh/g,而硅负极的理论能量密度超其10倍,高达4200mAh/g,而且还具有环境友好、储量丰富等特点, 通过在石墨材料加入硅来提升电池能量密度已是业界公认的方向之一,日韩等大电芯厂商都在做硅碳负极电池的商业化,包括比亚迪、力神、比克、万向等国内电池厂商也在跟踪,但是至目前为止还没有看到量产的产品。特斯拉采用的松下18650电池此次在传统石墨负极材料中加入了10%的硅,其能量密度至少在550mAh/g以上,特斯拉采用的松下18650电池此次在传统石墨负极材料中加入了10%的硅,其能量密度至少在550mAh/g以上。

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能源汽车产业全球汽车产业的发展方向,也是我国重要的新兴战略产业之一,未来10年将迎来全球汽车产业向新能源汽车转型和升级的战略机遇。新能源汽车主要包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车。其中,纯电动汽车完全使用动力电池驱动,对电池容量需求最大,要求锂离子电池容量平均为30kW·h。自2010年起,动力类锂离子电池受益于技术提升和成本降低,逐渐替代镍镉、镍氢电池,成为新能源汽车广泛使用的动力电池。

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规模储能领域,纳米硅碳负极材料也将拥有较大的应用前景。锂离子电池作为目前应用最广泛的储能电池,相比电动车领域,储能电站领域对锂离子电池能量密度的要求更高,而采用纳米硅碳负极材料对满足这种需求提出了可能的解决方案。根据高工锂电统计数据,我国储能型锂离子电池市场应用终端占比由2010年的3.1%增长至2015年的6.0%,总体呈增长趋势。预计未来储能型锂电池将成为锂电池新增需求的重要来源。在新能源发电和智能电网建设的背景下,储能电站的大规模商用化将得到提速,其装机量将迅速扩张,以锂离子电池为代表的新型储能电源的市场前景将更为广阔。

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同时,航空航天、船舶舰艇等领域也对锂离子电池提出了更高能量密度和功率密度的要求,而纳米硅碳材料也是现阶段最具有开发潜力的锂离子电池负极材料,其应用前景非常广阔。
硅负极产业化进行时

当前几大负极材料生产厂商陆续对硅碳负极材料进行布局,深圳贝特瑞和江西紫宸已率先推出多款硅碳负极材料产品,上海杉杉正处于硅碳负极材料产业化进程中,星城石墨已将硅碳新型负极材料作为未来产品研发方向。此外,电池企业中,BYD、CATL、国轩、力神、万向、微宏等都展开了对硅碳负极体系的研发和试生产。

从目前已产品化的硅碳负极材料性能来看,相比于石墨负极材料而言,最大的优势在于比容量的提升,采用硅负极材料的锂离子电池的质量能量密度可以提升8%以上,体积能量密度可以提升10%以上,同时每千瓦时电池的成本可以下降至少3%。此外,硅碳负极材料的首次效率能达到90%以上,满足应用的要求,其他各项指标也不亚于石墨负极材料。

01

国内部分工业产品介绍
 

①深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司由中国宝安集团控股,拥有300吨硅碳负极材料生产线。该公司拥有SiO基负极材料产品BSO-400、BSO-650,0.2C容量分别为400、650mAh/g,首次库仑效率分别为92%、89%。另外还拥有Si基负极材料产品S400、S480、S600、S1000,0.2C容量分别为400、480、600、1000mAh/g,首次库仑效率都在90%以上。

上海杉杉科技有限公司是杉杉股份的全资子公司,硅碳复合负极材料产品主要有Si-C-S-1、Si-C-S-2、Si-C-S-3,其首次放电比容量分别为907、749、584mAh/g,首次库仑效率分别为81.3%、87.1%,、86.7%。

③湖南星城石墨科技股份有限公司硅碳复合负极材料产品主要有GCM-450、GCM-600,其首次放电比容量为450、600mAh/g,首次库仑效率为90.2%、88.7%。

 

④江西紫宸科技有限公司硅碳复合材料产品容量主要有380、400、420、450、600、950mAh/g,首次库仑效率分别为91%、90%、88%、87%、84%、84%。

02

国外部分工业产品介绍
 

①日本信越化学工业株式会社主要经营半导体、有机硅和高分子等产业。该公司的硅碳复合负极材料主要是C-SiO负极材料,其首次放电容量为1544mAh/g,首次库伦效率为80%,可逆容量为983mAh/g。

②韩国GS集团主要经营石油精炼、石油化工及润滑油等能源产业。该公司硅碳复合负极材料主要是GSEMC-450、GSEMC-650,0.2C容量为450、650mAh/g,首次库伦效率为87%、88%。

③美国Enevate公司负极材料由硅以微/纳米尺度复合材料形式组成,具有100%活性,不包含非活性的粘结剂,适于大批量生产。该负极主要是大容量整体式阳极,可实现高达700-800Wh L-1的能量密度,循环寿命与石墨电池相当。

④美国Amprius公司以硅纳米线作为负极材料,同时开发了先进的电化学技术和电池设计技术。目前已量产650Wh/L的高能量硅负极锂离子电池,而其演示产品的体积能量密度能达到800Wh/L。

 

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