今年,由苏非院研制的国内首台“化学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吨/年,成功突破了我国硅基负极材料CVD窑炉的工业化难题,标志着我国在下一代锂电池负极材料工业化生产上取得重大进展。
随着新能源汽车对续航能力、快充要求的提高,锂电池负极材料趋向高比容量方向发展。硅基负极的理论容量高达4200mAh/g,相比传统石墨负极(理论最大值372mAh/g)有显著提升,被认为是理想的下一代负极材料。而CVD法是解决硅基负极膨胀问题、实现商业化应用的重要方法。
目前,我国CVD法硅基负极材料的研发技术已取得一系列重要成果,然而生产的基本工艺壁垒高、单位生产所带来的成本高等问题一直制约着CVD法硅基负极材料工业化进程。
生产工艺壁垒高:CVD法所用的有机硅源、有机碳源等都是易燃易爆的高危品,对设备的密封性、安全性要求异常严格,目前国内大多用的都是进口设备;
单位生产所带来的成本高:单位生产所带来的成本高:一是进口设备投资大,二是目前生产设备多为示范线或间歇生产线,没办法形成连续、稳定、大批量生产,导致硅基负极材料生产所带来的成本高,单位克容量的性价比低。
苏非院依托在非标窑炉设计领域40余年的丰富经验和全专业的人才队伍,成功开发了工业级硅基负极材料CVD回转窑,不但可以实现连续化生产、年产量可达1500吨,而且包覆更薄更均匀更完整、一致性更高、循环性能更好。
在密封方式上,采用我院专利密封技术——动静环采用组合密封,盘根+氮气正压保护密封,系统综合考虑了筒体膨胀,确保了窑炉系统优异的密封性。
在热工及机械设计上,最大限度地考虑耐温、耐腐蚀、蠕变强度等因素,采用特种高温板材,设计使用温度高,可长期耐受1000℃-1100℃。
在系统设计上,通过对窑体内气氛、压力的精准控制,可以保障窑炉连续稳定运行,常规使用的寿命可达10以上。
在安全保障上,集成采取筒体超温/超压安全保障、回转窑密封氮气保护、热解气管道压力检测堵塞、紧急放散和泄爆、高温关键设备设有氮气保护及氮气吹扫等安全保障体系。
苏非院开发的年产1500吨硅基负极材料CVD连续回转窑,不仅打破了国外对硅基负极材料CVD窑炉的垄断,突破了我国CVD法工业化“卡脖子”难题,而且显著推动整个硅基负极材料的发展,有力保障了新能源汽车产业链的高水平质量的发展,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。