中南大学周向阳 :像雨像雾又像风的硅基负极行业

时间: 2024-07-05 06:24:10 |   作者: 安博电竞app官网



  周向阳:首先感谢主办方的邀请,也谢谢主持人的介绍,魏老师在流化床方面做的很好,我从另外一个视角介绍我们这个行业,我在负极行业,从九几年读博士开始就干负极,感触比较深,我的题目说“像雨像雾又像风”,为什么像雨?在我们应该电池材料的时候,这个玩意儿像及时雨一样出现了,现在的正极材料,200毫安是每克的能量,如果把单位体积内的包含的能量提高,负极提高能量是一个很有价值的方向。为什么像雾?干了这么多年了,为什么到现在为止才万把吨的用量,感觉像云山雾绕一样的,看不清后面的路要怎么走。又讲了像风,在资本的推动下,在市场的需求下,这样的一个东西会不会风云突变,往上变,往下变,所以我就从这一个方面简单阐述一下。

  首先,介绍一下硅负极,硅负极确实像及时雨,看一下2023-2025年的规划,要求电池单位体积内的包含的能量提高了,目前最成熟的能够把单位体积内的包含的能量提高的是现有的锂离子电池体系。现有的锂离子电池体系容量,另外和单位体积内的包含的能量相关的是政府机容量,前面说了现在是200毫安左右,如果把负极的能量从现在的300多提到1200、1500,电池的能量密度就提高了,续航里程就可提升一倍,这样一个时间段有一个像及时雨一样的硅碳负极出现了。硅碳负极能量高,密度相对可以,它安全。但是这样的一个东西也有很多缺陷,它是4.4个锂结合一个硅,导致体积膨胀非常大,三四百,不断地膨胀、收缩,不断地生成、破裂,循环就越来越差,导致性越来越差,因为它是半导体。

  硅氧X,普遍地认为它是硅和二氧化硅的复合体,这个材料在锂离子浸透时的优势很明显,它的循环主要是有二氧化硅,一起反应过程里有硅酸锂,是个缓冲体,所以材料循环性能不错,但是首效一般。前面反应完了,形成硅的化合物的过程是不可逆的过程,目前行业里做的硅氧,首效一般在76%左右。

  干了这么多年了,人们在研究哪一些东西,到底产业化的情况怎么样。提升硅基负极有三大块,这是老生常谈的,一是把膜的尺寸变小;二是和其它材料来互配、结构设计,有各种各样的设计,你们可以看文献;实际上改变的思路就是给硅膨胀的空间,硅膨胀过程中使SEI膜不会破裂。硅氧仍然是这样,现在是几个微米,还有包覆,粘结剂也非常重要。

  目前最主流的硅的制备方法是行业老大做的机械磨,不断地磨;近几年来,有CVD法,用硅做原料,也有用非硅做原料的,我们跟武汉有个团队做了还原法,这一些方法里,目前产业化最大的是我们的机械纳米化,磨那个膜。我曾经算过这个流程,冶金过程产生冶金硅,要从毫米级,磨到微米级,再磨到纳米级,流程比较长,里面要加入一些添加剂、碳原料PVP等,有十几道工序,这样的解决方法前期做的相当的好,现在也是做的量最大的,但是留存差,能耗高。CVD法行业内有很多人在做,用硅烷,里面是硅和碳复合在一起,刚开始研究时确实有一些问题,会存在同质性核和异质性核两种生长状态,这样一些问题现在都在慢慢解决。最大的问题是,大家摸着自己的良心说到底卖了多少东西出去,你做下来,成本到底有多少钱,据我所知,全世界买得最多的是做实业。有一个最大的问题是这个玩意儿价格不便宜,去年上半年100美金一公斤,这玩意儿很吓人。还有一个问题,这样的解决方法未来产业化,对厂房要求特别高,要甲类厂房,甲类仓库,化工园区,有难度,不是谁都能够干的。价格这一块,硅烷是做太阳能光伏里面最普通的原料,由于锂电从年初的10来万,现在已经翻了好多了,到底有没有必要一定用这一些方法来做?

  行业降本是根本,我们做了一系列的工作,现在已经在做产业化。用冶金法来做,很贵,冶金方法就是还原法,冶金就四个字“傻,大,笨,粗”,冶金行业卖1万吨的产品,1吨产品能够挣100-200块钱就很高兴了,因为量大,我们都是几十万吨、上百万吨。目前,澳大利亚在今年3月份报道了要把硅干到白菜价,实际上这个专利我在十年前就已经报完了,我们用天然埃洛石为原料,埃洛石本身就是多孔结构,直接用埃洛石来做,裸硅,啥都不要,做1000圈,它给了硅很好的膨胀空间,1000圈以后能量还有840。但是埃洛石是矿,不稳定,我们把锌和硅做在一起,再通过孔结构,控制界孔。做出材料后,硅不导电,但是硅里有些合金导电,得出来新的材料。我们循环1000圈,没有加任何碳,能量依然维持在00多。还做了一些结构的改变,有时间再交流。我们掺杂非金属杂质来解决它的循环,逐步提升它的倍率。

  硅氧就是一个歧化反应,这个歧化反应就是冶金里面做金属镁的反应,我就是干金属镁的,金属镁就是用硅做还原剂,还原氧化镁,我们做一氧化硅就是用硅做还原剂来还原一氧化硅,是一样的。我们金属镁,一干就是几万吨,我们干一个一氧化硅,一干就是100吨。目前最大的问题是产率低,国内最开始有一家,刚开始单矿产量10公斤,后来出去了,有一个人干了16公斤,后面又有一个设备干100多公斤,我们现在干300公斤,要把能耗降下来。首效低,这样一些问题我们做了很多工作,包括第一代碳、预锂、预镁,包括怎样控制硅氧里面的氧含量,我们通过刻蚀的方法来处理,让硅氧X的X小于1,保证它的循环性,这些工作我们都在做了。并且我们做了产业化,我们在湖南、广西、云南有基地,最近在内蒙也做了基地,现在加起来有很多,量很大,但是还没有完全达产。

  我们对硅氧的装备做了改造,用冶金做这个事是很好的思路,我们现在追求的是平民化、大众化,减少相关成本。硅氧目前也在给一些供货,互配以后,每个月能跟到100吨。硅碳做了一代、二代、三代,一代是很简单一代硅,大家都在博CVD,所以我们也做了CVD,硅均匀地分布在里面。

  这个行业老把别人忽悠进来,但是这个行业到底怎么玩,我们已干了十几年了,为什么规模化量产进展这么慢?我认为一是性能的缺陷很明显,硅碳、硅氧,尽管硅氧循环寿命改变了,但是和碳相比还不行。目前添加量很小,单独用用不了,若干年前有一个企业请我去讲石墨烯,说要打造万亿吨级,我给他泼了一盆冷水,后来他再也不请我去了。就像味精是餐桌上的一个好东西,但人不能只吃味精,不是所有东西都要硅氧,我们要讲实话。二是硅氧负极、硅碳负极应用领域受限,现在圆柱最实用,但是在长循环领域几乎不可能,它要求干10000圈、15000圈,它能干到3000圈就不错了;单位体积内的包含的能量要求高的小动力领域油市场,但这是小领域。三是性价比是拦路虎,也许我讲完这个报告再也没人请我去报告了,因为我老讲实线%成本的事,除非万不得已才会干,这一个地区,我们肯定要考虑到这一点。2021年我去深圳开会,给负极材料泼冷水。

  硅氧预铝或者镁,有没有必要?第一代硅氧CVD法,干到46%首效,用在一些普通领域已经够了。你再去预一下锂,这个成本比做硅碳还贵,它的原料是金属锂,降本才是王道。我的观点是,硅氧的预锂,我认为没有前景,你干预锂,预锂的价格你们自己去算一下,原料过程的保存都是问题,这样的一个过程里会产生各种风险,当然我的观点不一定对。这样的一个东西,你们去问问电池厂,问问我们的几个头部企业,他到底是愿意用预锂的硅氧,还是愿意用硅碳。你就是一代的硅氧,把硅氧的价格做到萝卜价就OK了,再去做它,是麻布袋上面绣花,没多少价值。

  CVD法会不会一统天下?某某企业在讲这样的解决方法是世界上最好的方法,但是最好的方法为什么卖的量最小?你们摸着良心说,干CVD法的,卖了多少产品,日子好不好过,只有你自己明白,我也知道好不好过。价格怎么做下来,即使CVD方法的价格做到15万以内,你的容量还能做到像现在这样好,这就有市场,但是你能做到吗?难度非常大。我想着我们进入这个行业的投资人,做研究这一块的,我们肯定要摸着自己的良心说真话。