中國儲能網(wǎng)訊：“國內(nèi)某知名大型動力電池企業(yè)的負(fù)極補鋰工藝已經(jīng)成熟應(yīng)用，隨著該條產(chǎn)線電池的市場起量，其他電池企業(yè)將更加重視及跟進，預(yù)計今年年底或明年年初會是負(fù)極補鋰設(shè)備及補鋰工藝邁向產(chǎn)業(yè)化的重要時期?！币晃粯I(yè)內(nèi)人士向高工鋰電透露。
何謂負(fù)極補鋰工藝？目前研究相較成熟的方法是，通過補鋰設(shè)備直接向負(fù)極極片噴涂金屬鋰粉的方式進行補鋰，補充負(fù)極在首次充電過程中不可逆的容量損失，以此達到提升首次庫倫效率(可提升能量密度)、提高電池容量(可提升續(xù)航里程)的目的。
尤其是對于采用硅碳材料作為負(fù)極的高能量密度鋰離子電池，由于其首次庫倫效率較低(硅碳負(fù)極首效在80%左右，石墨負(fù)極首效達90%以上)，補鋰工藝的應(yīng)用推廣顯得更為重要。
同時，鋰源的補充還可以除去電解液的水分，抑制HF酸的產(chǎn)生，改變電極材料的電極電位，使得正極在較適合的工作電位下工作，從而保護正極材料的結(jié)構(gòu)不受破壞，進一步提高電池的循環(huán)使用壽命。
佳的自動化總經(jīng)理溫在東向高工鋰電表示，目前已經(jīng)有幾家動力電池客戶與公司在談自動補鋰設(shè)備方案，由于各家工藝有所出入因此需要做不同程度的調(diào)整，目前正處于樣機制作階段。成熟的設(shè)備方案必然要與客戶聯(lián)合開發(fā)。
高工鋰電了解到，除了佳的自動化之外，目前包括先導(dǎo)智能、新嘉拓等領(lǐng)先裝備企業(yè)都有涉足補鋰設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)。可以預(yù)見的是，隨著硅碳動力電池市場起量，必將進一步帶動補鋰設(shè)備的市場需求。
難以繞開的補鋰設(shè)備
按照國內(nèi)在2020年實現(xiàn)動力電池能量密度達到300Wh/kg的目標(biāo)，對于負(fù)極材料而言，采用傳統(tǒng)的石墨幾乎是不可能完成的任務(wù)，因此硅碳材料應(yīng)用是必然出路。
高工鋰電從多方信源獲悉，從2017年下半年開始，采用硅碳負(fù)極的鋰電池有少量推向高端數(shù)碼市場，動力電池企業(yè)也正在抓緊研發(fā)當(dāng)中，快者處于中試水平。目前主流負(fù)極材料企業(yè)正抓緊擴張硅碳材料產(chǎn)能，2018年硅碳材料用量將達2000-3000噸，同比增長一倍左右。
一位材料企業(yè)內(nèi)部人士表示，純硅在完全嵌鋰狀態(tài)下，比容量可達4200mAh/g(Li4.4Si)，但也伴隨著高達300%的體積膨脹，這會導(dǎo)致純硅材料在嵌鋰過程中會發(fā)生顆粒破碎和分化，負(fù)極掉料，導(dǎo)致材料循環(huán)過程中容量衰降十分嚴(yán)重。
“即使采用硅的氧化物(SiOX)作為負(fù)極材料，由于SiOX首次嵌鋰的過程中會生成金屬鋰氧化物L(fēng)iXO，經(jīng)過諸多技術(shù)改進，首次效率也僅能達到80%左右。因此需要借助補鋰工藝，補充首次嵌鋰過程中不可逆的容量損失?！鄙鲜鋈耸繌娬{(diào)，三元電池應(yīng)用硅碳負(fù)極是趨勢，而硅碳首效損失較大，因此補鋰工藝很難繞過去。
溫在東也證實，補鋰工藝對硅碳負(fù)極的效果最大，通過形成SEI膜消耗的活性鋰給補回來，從而提升一定的能量密度。由于各家工藝不同，能量密度能提高20%-25%左右?！?
“由于各家工藝不同，對于補鋰要求的厚度也不盡相同，這主要跟材料體系和涂布厚度有關(guān)，如何精準(zhǔn)控制鋰源補給量尤為重要。另外，設(shè)備企業(yè)還要根據(jù)各家極片面密度變化、均勻度以及來料的幅寬進行調(diào)整，同時還要保證與生產(chǎn)線速度高度一致。這對于設(shè)備企業(yè)而言都是極大的挑戰(zhàn)。” 溫在東強調(diào)。
值得一提的是，由于石墨負(fù)極的首效已較高，補鋰工藝對于其提升能量密度效果不大，但是對于循環(huán)壽命的提升效果仍是極佳。部分企業(yè)在考慮到未來動力電池的梯次利用，也在考慮補鋰工藝的應(yīng)用。
在爭議中前行
對于補鋰工藝的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，硬幣的一面是可促成電池能量密度、續(xù)航里程、循環(huán)壽命的提高，而另一面則是安全性較難保證，材料及設(shè)備改造成本較高。因此補鋰工藝在應(yīng)用推廣過程中也存在諸多質(zhì)疑。
據(jù)了解，作為補鋰原料，金屬鋰是高反應(yīng)活性的堿金屬，能夠與水劇烈反應(yīng)，因此金屬鋰對環(huán)境的要求十分高，這就使得負(fù)極補鋰工藝的應(yīng)用需要對生產(chǎn)線進行改造，采購費用較高的補鋰設(shè)備，同時為了保證補鋰效果，有可能需要對現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝進行調(diào)整。
一位不愿具姓名業(yè)內(nèi)人士透露，硅碳電池用補鋰方式確實是不錯，但是怎么補，怎么控制一致性，怎么防止膨脹，這都是亟待解決的問題。
部分從業(yè)者也向高工鋰電表示，補鋰工藝最大的瓶頸是對環(huán)境要求特別苛刻，金屬鋰粉是很危險的物品，用不好會著火和爆炸，沒有足夠研發(fā)能力的企業(yè)不一定敢去做這個東西。
“從補鋰方式說，撒鋰粉，由于鋰粉比表面積大，容易飄，有被人體吸入風(fēng)險，不安全；鋰帶，壓不了那么薄，會導(dǎo)致補鋰過量，長期使用存在安全隱患；電化學(xué)補鋰，效率又太低?！鄙鲜鋈耸勘硎?。
不過根據(jù)ATL此前申請的“一種向鋰離子電池負(fù)極片補充鋰粉的裝置”專利來看，已經(jīng)可以實現(xiàn)改變收放卷機構(gòu)的牽引速度和電場強度的控制，可以使負(fù)極片分散的鋰粉的量得到精確控制，克服金屬鋰粉在空氣中的漂浮，使鋰粉準(zhǔn)確、定量、均勻地分散在負(fù)極片表面，而且不會擠壓鋰粉，從而實現(xiàn)對負(fù)極片的補鋰操作。
ATL表示，整個制備過程工序簡單、成本低，尤其當(dāng)采用可編程邏輯控制器時，還能實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，使該方法適合于量產(chǎn)，提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
