武汉大学|先进纳米硅基负极材料低成本制备技术

随着锂电池技术不断发展,现有石墨负极锂电池已成为制约锂电发展重要问题。石墨负极锂电池理论容量仅为372 mAh/g,而碳硅负极材料制作的锂电池容量最高 3820 mAh/g,并且更加的安全;但硅基负极存在体积膨胀大、容易结构坍塌的问题,硅碳复合材料中,理论上需要硅纳米粒子尺寸小于30 纳米。针对现有纳米硅尺寸较大(80nm)、成本较高等问题,武汉大学研发团队推出先进纳米硅基负极材料低成本制备技术,该技术的核心技术为工业硅熔盐电化学纳米化;其原材料使用市售工业硅(1万/吨),利用该技术可生产高质量纳米硅(10-30nm),成本可控制在2万元/吨,并且该技术制备纳米硅能耗低、无污染、操作简便。

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技术详情

一、技术背景


现有石墨负极锂电池在容量、充电速度、价格等均有较大限制,且石墨负极锂电池理论容量为372 mAh/g;而碳硅负极材料制作的锂电池容量最高 3820 mAh/g,并且更加的安全;但硅基负极存在体积膨胀大、容易结构坍塌的问题,硅碳复合材料中,理论上需要硅纳米粒子尺寸小于30 纳米; 因此碳硅负极材料必须发展超细纳米硅。

国内外硅碳负极材料使用的纳米硅粉,多数为用砂磨机研磨球磨得到,单台砂磨机产量低,批次稳定性不好把控,而且制备工艺流程复杂,需要研磨,干燥,分级,结聚等多步骤完成,这样就不能保证批次稳定性。砂磨工艺所用机器设备多,工艺复杂,整个生产流水线下来,投资大。

针对现有纳米硅尺寸较大(80nm)、成本较高等问题,武汉大学研发团队推出先进纳米硅基负极材料低成本制备技术,该技术的核心技术为工业硅熔盐电化学纳米化;其原材料使用市售工业硅(1万/吨),利用该技术生产高质量纳米硅(10-30nm)。


二、技术优势


● 能耗低

● 无污染

● 操作简便

● 产品质量高

产品为10-30nm;利用本项目超高分散硅碳的锂电池容量达1000mAh/g 。


三、市场规模


● 动力锂电市场需求庞大

据市场研究,2025年电动汽车规划产能为500万台,动力锂电能量需求:250 GWh。


●  硅碳负极市场分析

根据前瞻产业研究院数据,预计2025年国内市场硅碳负极市场规模为600亿元,国际市场为1000亿元。西欧国家2035开始淘汰燃油车,市场潜力巨大。


四、项目研究发展规划


● 目前阶段:

进行产业化概念验证

● 前景预期: 

本项目有望通过显著提高材料性价比推动硅碳负极在新能源领域的广泛应用,带动相关企业成长为硅碳负极细分领域龙头。

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