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突破“卡脖子”难题!国内首台工业级硅基负极材料制备窑炉正式上线

2024-04-24 16:01:45 来源:企业观察报
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简介:近日,由苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司(简称苏非有限)研制的国内首台“气相沉积包覆硅基负极材料”的工业级连续回转窑正式上线。这一突破标志着我国在下一代锂电池负极材料工业化生产上取得了重大进展。
近日,由苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司(简称苏非有限)研制的国内首台“气相沉积包覆硅基负极材料”的工业级连续回转窑正式上线。这一突破标志着我国在下一代锂电池负极材料工业化生产上取得了重大进展。

作为新能源时代的核心能源储存装置,锂电池一直是科技界关注的焦点之一。然而,传统的锂离子电池负极材料存在着容量低、循环寿命短等问题,无法满足人们对高性能电池的需求。作为替代品,硅基负极材料具有高容量和优异的循环寿命特性,被广泛认为是未来锂电池的发展方向。

然而,由于硅基负极材料在充放电过程中会出现体积膨胀和收缩的问题,给电池的稳定性和安全性带来了挑战。此前,我国在硅基负极材料制备方面一直受制于制备窑炉的工业化难题,制约了我国在该领域的发展。


国内首台“气相沉积包覆硅基负极材料”的工业级连续回转窑正式上线


苏非有限通过多年的研究和实践,在气相沉积技术方面取得了重大突破。他们成功研制出了国内首台“气相沉积包覆硅基负极材料”的工业级连续回转窑,并将其投入生产。据悉,这一窑炉的生产规模达到了每年1500吨,填补了我国硅基负极材料制备窑炉工业化的空白。

01 国家需要什么,我们就研究什么

随着新能源汽车的兴起,动力电池负极材料需求量日益增加,如何在满足生产的同时,达到提高材料性能和节能降耗目的呢?硅基负极材料则是下一代锂电池理想的负极材料,通过该制备窑炉提取制备的硅基负极材料,比传统新能源石墨负极材料电容量提升近10倍,可满足下一代新能源汽车续航里程能力、快速充电、电池稳定性的高标准要求。目前众多头部锂电池厂家已经开始布局这一领域。由于硅基负极材料的制备必须经过长时间极高温度处理非常复杂工艺加工过程,对控制温度、气体流速、安全保护等都有着严格标准。此前,仅有少数国外厂家掌握硅基负极材料生产装备技术,且依然存在生产弊端。

“我们是非金属矿行业的国家队,对国家新能源未来发展战略要有支撑,国家需要什么我们就研究什么,不能让外国公司卡住脖子。”苏非有限总经理助理兼装备事业部总经理程星坚定的说。苏非有限作为1959年的老院,有着65年历史,是我国非金属矿行业集试验研究、工程设计、装备研制与集成、高性能矿物材料加工为一体的高新技术企业。

02 努力攻坚克难,突破卡脖子技术

优秀的设计方案离不开一群“宝藏”设计师。2023年初成立的“硅基负极材料制备窑炉”攻坚团队中,年龄最长的57岁,最小的仅有25岁,是由技术专家和业务骨干组成,该团队为了突破硅基负极材料制备的设计制造技术,在既没有设计规范、设计程序,也没有设计经验的困难条件下,开始踏上自主研发的艰辛征程。


苏非有限成功研制国内首台工业级硅基负极材料制备窑炉


“我当年开发国内第一台大型高温间歇式回转窑,还有三年我就快退休了,这次我要和大家一起再搞出来一个新型窑炉。”团队经营最丰富的技术专家赵育华表示,他带着大家铆着一股劲,要把这块“硬骨头”啃下来。

硅基负极材料制备窑炉工艺复杂,设备直径大、气氛控制精度要求高,很多传统仪器都经受不了这样恶劣工艺条件考验。从工艺设计到机械设计,再到改造试验装置,都是一项非常庞大复杂的系统工程。为了清楚掌握高温窑炉内气氛与原料的最佳工艺条件,赵育华和程星、王庆安、臧宇、张国义、刘若涵反复多次调整试验方案,伴随着调试工作正式开始,试验开始后,窑炉温度表缓慢上升到1000摄氏度,窑炉内易燃易爆气体不断冲击炉膛。随着气体流量不断增大,突然,砰的一声,接着传感器开始警报,所有人的心都紧张起来...

经历了一次次失败,攻坚团队攻克了一道道难关,摸清一个又一个数据,不断积累成功的经验。历经200天不眠之夜,上万次设计实验,全力攻克各项关键试验难关。到2024年初,设备一次通电试运成功,突破“卡脖子”关键核心设备技术瓶颈,成为推动新能源装备制造业高质量发展,建设制造强国的重要举措。


苏非有限成功研制国内首台工业级硅基负极材料制备窑炉


赵育华自信地介绍,我们团队实现了五大突破,一是在密封方式上,自行研发的专利密封技术;二是设备内氧气含量小于百万分十,基本上隔绝了氧气;三耐高温考验,可长期耐受1000℃-1100℃正常稳定生产;四是设备内部控制更加精准;五是设立6大安全保障系统确保安全运行。

苏非党委书记、董事长张韬自豪的说,“该技术不仅打破了国外对硅基负极材料窑炉的垄断,突破了我国工业化“卡脖子”难题,显著推动整个硅基负极材料的发展,更有力推动新能源汽车产业链的高质量发展,有效助力我国双碳目标达成。目前已成功在行业内进行推广应用。”

03 担当“国之大者”,打造“国之大材”

苏非有限专业从事非标窑炉设计,潜心矿物功能材料、化工材料、环保突破性研发工作60余载,拥有热工、机械、自动化控制、环保等全专业人才,具备雄厚的技术研发能力,和窑炉设计、施工、调试经验,已取得36项相关专利,制定多项标准。面对日益多元的市场需求,苏非有限的发展之路也日渐清晰。

苏非有限党委副书记、总经理孔建军表示,下一步,公司将锚定新能源电池材料赛道,致力于新技术、新工艺、新装备的开发与应用,担当“国之大者”,打造“国之大材”为新能源产业发展贡献苏非力量。未来,苏非有限将持续瞄准窑炉先进技术的发展方向,把不断提高产品质量和服务水平作为发展目标,在绿色低碳发展、可持续发展的时代行稳致远。

这一突破对我国锂电池产业的发展具有重要意义。硅基负极材料具有更高的储能密度和更长的循环寿命,有望推动锂电池的性能提升和应用拓展。苏非有限研制成功的这一工业级连续回转窑的上线,为我国锂电池负极材料的工业化生产打开了大门,将有助于我国在新能源领域的技术创新和产业升级。
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