中國粉體網(wǎng)訊 作為鋰離子電池關(guān)鍵材料之一，負(fù)極材料對(duì)鋰離子電池的最終性能起著至關(guān)重要的作用。隨著新能源汽車的發(fā)展，在動(dòng)力鋰離子電池追求高能量密度和低成本的趨勢(shì)下，市場(chǎng)對(duì)負(fù)極材料性能提出了更高的要求。以硅基負(fù)極、金屬鋰負(fù)極、金屬氧化物負(fù)極等為代表的新型負(fù)極材料的研發(fā)正在如火如荼地進(jìn)行，同時(shí)這也反映了未來負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化的新趨勢(shì)。2023年10月25日到26日，第二屆先進(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇在廣東東莞隆重召開，會(huì)議期間，我們邀請(qǐng)到了業(yè)內(nèi)專家學(xué)者做客對(duì)話欄目，進(jìn)行訪談交流。本期為您分享的是中國粉體網(wǎng)對(duì)中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所蘇方遠(yuǎn)研究員的專訪。
中國粉體網(wǎng)：鋰離子電池和鋰離子電容器、超級(jí)電容器三者之間的區(qū)別是什么？
蘇研究員：超級(jí)電容器它其實(shí)和我們理解的那種物理電容器非常相近，我們從初中的時(shí)候就了解過電容器，它就靠存儲(chǔ)靜電，而超級(jí)電容器其實(shí)是相當(dāng)于把物理電容器的面積增大了，并且靠離子進(jìn)行的靜電的存儲(chǔ)。
但是鋰離子電池，它是靠存儲(chǔ)鋰離子，把鋰離子插到材料里面去。超級(jí)電容器可以說是一個(gè)表面的能量的存儲(chǔ)，而鋰離子電池是一個(gè)體相的存儲(chǔ)，因此鋰離子電池存的電就會(huì)比較多，也就是能量密度非常地高，超級(jí)電容器它存的電比較少，能量密度比較低，但是超級(jí)電容器有個(gè)優(yōu)勢(shì)，就是可以實(shí)現(xiàn)快充快放，可以實(shí)現(xiàn)秒級(jí)的充放電，所以功率性能非常好，但是鋰離子電池它充電速度現(xiàn)在最快也需要十幾二十分鐘，它不可能實(shí)現(xiàn)秒級(jí)，所以這是它們二者的區(qū)別。
而鋰離子電容器，我們可以想象其屬于它們兩者之間的這樣一個(gè)東西，它既有超級(jí)電容器的快充快放的能力，同時(shí)又有鋰離子電池比較高的能量密度，但是它的能量密度和功率密度都是屬于二者之間的一個(gè)水平，相當(dāng)于彌補(bǔ)了這樣一個(gè)鴻溝。
在應(yīng)用方面，鋰離子電池用得最多的場(chǎng)景比如說我們的手機(jī)、電腦的電池。超級(jí)電容器它應(yīng)用于能夠快充快放的一些場(chǎng)景，比如說爆發(fā)式的場(chǎng)景里面，像在軍用或者航天里面會(huì)用得比較多一些，它可以快速地把能量給釋放出來，還有它的壽命會(huì)非常得長，有幾十萬次甚至上百萬次的循環(huán)，可以用在軌道交通和能量回收領(lǐng)域。但是鋰離子電容器，它性能上有二者的優(yōu)勢(shì)，但是也有二者的缺點(diǎn)，所以它在超級(jí)電容器能用的場(chǎng)合，也有它的一席之地，然后目前也在逐漸地向鋰離子電池所用的領(lǐng)域發(fā)展，比如說電動(dòng)公交車，還有一些電動(dòng)工具都有應(yīng)用的可能性。
中國粉體網(wǎng)：鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化前景您是如何看待的？目前制約鈉離子電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的主要因素有哪些？
蘇研究員：大家對(duì)鈉離子電池的科學(xué)研究其實(shí)已經(jīng)有很長時(shí)間了，甚至可以說它和鋰離子電池基本上是同時(shí)起步的。長期以來鋰離子電池比鈉離子電池走得比較快，但是現(xiàn)在為什么鈉離子電池突然火起來了？
第一個(gè)最大的原因就是鋰資源的問題，因?yàn)槿蜾囐Y源不夠用，尤其我國的鋰資源更少，正是由于鋰資源的限制，所以大家又尋求一種新的解決方案，看能不能再把鈉利用起來。目前大家對(duì)鈉離子電池的期望還是非常高的。
再一個(gè)原因就是它的前景，它應(yīng)用的場(chǎng)景非常多，比如說大規(guī)模儲(chǔ)能，這個(gè)市場(chǎng)大家在測(cè)算之后發(fā)現(xiàn)，目前的鋰是不夠用的，所以就更加堅(jiān)定了大家對(duì)鈉離子電池開發(fā)的信心。
然后從技術(shù)上來講，鈉離子電池其實(shí)在生產(chǎn)工藝上和鋰離子電池沒有太大的區(qū)別，甚至基本上就可以拿我們鋰離子電池的生產(chǎn)線來生產(chǎn)鈉離子電池。所以對(duì)于電池廠家來講，它不會(huì)涉及到產(chǎn)線的調(diào)整，或者說一些升級(jí)改造的問題。
還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是我們的鋰離子電池負(fù)極要用銅來做集流體，但是鈉離子電池用鋁就可以了，對(duì)于鈉離子電池來講，它的正極和負(fù)極都可以用鋁來做集流體，一個(gè)是可以降低它的生產(chǎn)成本，因?yàn)殇X相對(duì)要便宜一些，再一個(gè)就是生產(chǎn)工藝上更加方便，不需要再改來改去。
所以鈉離子電池的前景，一個(gè)是在于它的市場(chǎng)需求，一個(gè)是在于鈉資源的豐富，還有就是它的生產(chǎn)工藝不用進(jìn)行大規(guī)模的調(diào)整，所以這個(gè)技術(shù)是可行的，而且前景也確實(shí)非�？春�，但是目前的現(xiàn)實(shí)還沒有想象中的那么樂觀。
其中一個(gè)很大的問題就是鈉離子電池材料的產(chǎn)業(yè)鏈還沒有完全地建立起來，雖然說電池生產(chǎn)工藝都是完全相通的，但是在做它的電極材料的時(shí)候是完全不一樣的，因?yàn)楫吘故卿嚨幕衔锖外c的化合物，這兩種還是有區(qū)別的。
像正極材料，我們可以借鑒鋰電池正極材料的那些結(jié)構(gòu)，比如說磷酸鹽類、層狀氧化物類等發(fā)展得還比較快一些。但是對(duì)于鈉電負(fù)極，像鋰離子電池用的石墨，鈉離子電池是不能用的，所以就需要去開發(fā)一種新的負(fù)極材料，也就是我們經(jīng)常說的硬炭材料，鈉離子電池必須要在硬炭里面才能夠去存儲(chǔ)，才能作為鈉離子電池的負(fù)極材料。
但是硬炭材料目前還是不夠成熟的，目前只有日本可樂麗公司能提供商業(yè)化的硬炭，但是價(jià)格非常得貴，而且產(chǎn)量也不多，應(yīng)用于大規(guī)模儲(chǔ)能的話也是不夠用的，所以咱們國內(nèi)的一些企業(yè)，包括我們山西煤化所在內(nèi)也在致力于鈉離子電池硬炭負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化，來助力我國鈉離子電池真正實(shí)現(xiàn)應(yīng)用突破。鈉電產(chǎn)業(yè)鏈上主要是負(fù)極還沒有突破和產(chǎn)業(yè)化，導(dǎo)致了我們現(xiàn)在鈉離子電池的大規(guī)模應(yīng)用還是受到一定的限制。
中國粉體網(wǎng)：新型電化學(xué)儲(chǔ)能器件中，哪些材料屬于研究的熱點(diǎn)？
蘇研究員：像剛才說的硬炭，就是一個(gè)非常熱的點(diǎn)，不論是學(xué)術(shù)界還是產(chǎn)業(yè)界都在研究它。學(xué)術(shù)界在研究到底需要什么樣結(jié)構(gòu)的炭，能夠把我們的鈉離子電池能量密度和循環(huán)壽命提升起來，然后產(chǎn)業(yè)界正在考慮如何實(shí)現(xiàn)千噸級(jí)的放大，包括從小試中試到工業(yè)化放大。
除了硬炭，在鋰電里面還有一個(gè)比較重要的材料就是硅碳，對(duì)于硅碳材料大家都比較熟悉，但是因?yàn)樗难h(huán)問題一直沒有得到很好的解決，所以目前可能僅是應(yīng)用于對(duì)循環(huán)壽命沒那么高的要求的領(lǐng)域，像手機(jī)電池這種電子產(chǎn)品或者一些比較小的電動(dòng)工具里面。但是在電動(dòng)汽車或者大規(guī)模儲(chǔ)能這種要求幾千次循環(huán)的領(lǐng)域，目前還沒有很好地實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。所以大家也是一直在努力去改善硅碳的循環(huán)壽命，尤其是近期可能有了一定的突破了，然后更多的人又進(jìn)來這個(gè)領(lǐng)域繼續(xù)去改善它的循環(huán)性。
中國粉體網(wǎng)：圍繞儲(chǔ)能炭材料方面的研究，您和您的團(tuán)隊(duì)有哪些創(chuàng)新的亮點(diǎn)？
蘇研究員：首先，我們認(rèn)為對(duì)于一款材料的研究，團(tuán)隊(duì)是非常重要的，需要組建一個(gè)非�？煽康膱F(tuán)隊(duì)。但這個(gè)團(tuán)隊(duì)的組成與人員的配置上，其實(shí)是需要很多的設(shè)計(jì)的。比如說如果大家全都去搞學(xué)術(shù)研究，可能就會(huì)認(rèn)知特別片面，一直在糾纏著一些很細(xì)小的問題。但是如果大家都去搞工程化，可能又會(huì)涉及到對(duì)很多東西認(rèn)知不清楚。還有一個(gè)很可怕的問題，就是如果大家都在做技術(shù)開發(fā)，對(duì)需求并不了解，那也不知道方向在哪里。
所以我們團(tuán)隊(duì)是一個(gè)多元化的團(tuán)隊(duì)，我們有老師帶著很多研究生從事一些基礎(chǔ)的研發(fā)工作，另外還有很多的高級(jí)工程師帶著工程師從事技術(shù)開發(fā)以及工程放大這方面工作。還有一部分人員是我們的市場(chǎng)需求開發(fā)人員，就是去跟用戶溝通，或者去對(duì)接一些行業(yè)的咨詢研究，找到真正的需求痛點(diǎn)。再一個(gè)就是我們的質(zhì)量管理團(tuán)隊(duì)，保證我們的材料開發(fā)過程中的質(zhì)量的管控。雖然我們是來自一個(gè)研究所的團(tuán)隊(duì)，但是其實(shí)是更好地發(fā)揮了研究所的優(yōu)勢(shì)，充分結(jié)合了高校與公司的運(yùn)作模式。我覺得這是我們團(tuán)隊(duì)方面一個(gè)很大的亮點(diǎn)。
目前我們主要是在進(jìn)行硬炭材料的開發(fā)工作，在我們團(tuán)隊(duì)的協(xié)同努力下，經(jīng)過了數(shù)年時(shí)間的技術(shù)攻關(guān)，加上前期在炭材料方面的很好的積累，我們現(xiàn)在開發(fā)的硬炭材料現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)行千噸級(jí)的工業(yè)示范線的建設(shè)，預(yù)計(jì)今年年底能夠建成，然后進(jìn)行聯(lián)動(dòng)調(diào)試。
關(guān)于產(chǎn)品的性能，在和下游客戶對(duì)接的過程中，大家普遍認(rèn)為我們的產(chǎn)品基本上處于國內(nèi)前列的位置，而且在儲(chǔ)能領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景，完全可以與國外的同類型的產(chǎn)品同臺(tái)競(jìng)技。
我們之所以能取得這些成績，其中一個(gè)主要原因是取決于我們團(tuán)隊(duì)的特點(diǎn)，再一個(gè)就是基于我們對(duì)炭材料的比較深入的認(rèn)識(shí)。
中國粉體網(wǎng)：請(qǐng)介紹一下您團(tuán)隊(duì)科研成果轉(zhuǎn)化的進(jìn)展情況。
蘇研究員：目前團(tuán)隊(duì)正進(jìn)行硬炭材料的技術(shù)轉(zhuǎn)化，成立了國科炭美新材料(湖州)有限公司。這個(gè)公司是去年12月份成立的，成立之后進(jìn)展非常得快，現(xiàn)在已經(jīng)基本上快要完成了千噸級(jí)的產(chǎn)線建設(shè)，預(yù)計(jì)春節(jié)期間就能進(jìn)行聯(lián)動(dòng)調(diào)試。
同時(shí)，我們現(xiàn)在也組建了團(tuán)隊(duì)，除了我們煤化所的兼職人員之外，然后從公司的層面上也招聘了很多比如說財(cái)務(wù)、銷售、管理這方面的團(tuán)隊(duì)，所以進(jìn)展還是非�？斓�。剛剛得到消息，公司又完成了數(shù)千萬元的天使輪的投資，為下一步的發(fā)展提供了資金和保證。
（中國粉體網(wǎng)采訪、編輯/平安；經(jīng)蘇研究員審閱）
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