负极材料快充技术迭代升级:成负极企业出货量增长的关键因素

科技   2024-10-27 15:43   上海  

近年来新能源汽车产业快速发展,动力电池技术取得长足进步,但是充电时间过长的问题一直广受消费者诟病。而超级快充技术的迅速发展,则能够有效缓解这种补能焦虑。


10月24日,宁德时代发布纯电续航400公里以上,且兼具4C超充功能的全新产品——骁遥超级增混电池。作为一款专为增程式混合动力车型设计的电池包,骁遥电池将会和麒麟电池、神行电池一并,成为宁德时代旗下的第三个电池品牌。

宁德时代骁遥超级增混电池,让车主彻底告别了传统增混车型因纯电续航短而带来的频繁充电烦恼,做到 “充电一次,通勤一周”;另一方面,骁遥凭借“充电10分钟,补能超280km”的优秀表现,解决了增混车主的补能焦虑 。

亮眼的续航和超充性能背后,是技术研发的持续突破。宁德时代国内乘用车事业部CTO高焕在发布会现场具体介绍了骁遥超级增混电池的技术创新。宁德时代将4C超充技术也“复刻”到了骁遥电池上,实现“充电10分钟,补能超280km”。正极快离子导体包覆技术、负极二代快充石墨和新型纳米包覆技术、多梯度分层极片设计和全新的超高导电解液配方,使锂离子的穿透“纵享丝滑”,让增混车型也能享受纯电般的极致充电体验。

负极是快充影响快充的关键决定因素
   快充有望使电动汽车“充电像加油一样快”,其技术发展迭代趋势已经逐渐明朗化。作为助力实现电池快充的关键材料,超充电池负极材料的技术创新引起市场广泛关注。不少业内人士指出,负极材料是快充技术中的一个关键性的决定因素,目前电池快充的瓶颈主要在于负极材料。

“已有大量研究表明,正极材料对锂电池的快充影响不大,主要是负极材料。”信达证券表示,对于负极而言,除了正常的锂离子嵌入、脱嵌过程外,还会出现一些异常:如负极的嵌锂空间不足、锂离子嵌入负极阻力太大、锂离子过快从正极脱嵌但无法快速等量嵌入负极,还存在锂离子在负极上沉积为锂金属、而非嵌入负极的析锂反应。

对石墨材料进行性能改进,特别是采用多层包覆技术,使其形成多梯度、多孔隙的结构,是提升负极材料离子传输速率的主流手段。另外,从提升快充性能的主流技术路线来看,负极碳化包覆是实现快充的必要条件。

对于快充负极来说,二次造粒、表面碳包覆、硅碳负极是提高倍率性的三条路径。二次造粒是目前高端人造石墨为了兼顾能量密度与倍率性能往往会采取的重要 工序。一 次造粒的目的是减小负极颗粒的体积,二次造粒的目的是将小颗粒粘结成大颗粒。表面碳包覆可以起到加快嵌锂和保护负极的作用,具体方法是以沥青等作为包覆原料与石墨颗粒混合经炭化在石墨表面形成无定型碳包覆,构筑出层状排布的“核 壳结构”。硅基负极一方面,硅基负极可以提升安全性, 在快充过程中,石墨VS锂电位约为 0V,因此容易产生锂析出效应。而硅的嵌锂平台更高,对锂电位约为 0.5V,表面析锂的可能性较小;另一方面,硅材料的理论容量可达 4200 mAh/g,远高于于碳材料的 372mAh/g,储锂性能更优。

贝特瑞作为负极材料龙头企业,硅基负极材料早已实现大规模产业化,也是业内为数不多具备产业化能力的负极厂家。2024 年上半年,公司硅基负极材料市占率在 70%左右,出货量持续行业领先。贝特瑞的硅基负极产品已应用在消费领域。我们看好硅负极在电池上的应用,包括固态电池目前也是匹配硅基负极的,随着硅技术的突破,未来在动力电池上的占比会提高。

杉杉科技负极材料充放电倍率由4C向5C、6C提升,让充电10分钟续航400公里成为现实。2023年,公司动力类快充产品出货量快速增长,已实现4C、5C产品的规模化供应,且6C产品已完成客户定型,实现了快充产品体系的代际领先。杉杉四川20万吨、云南30万吨一体化工厂均匹配了适合快充型石墨产线,充分应对快充市场需求的增长。凭借高容量、高压实密度、低膨胀、长循环、快充等特性,杉杉为高能量密度兼顾快充产品的快速崛起提供了强大的技术壁垒。凭借在快充及高能量密度人造石墨材料领域拥有的核心技术壁垒,首创液相包覆赋能快充技术,液相包覆”作为杉杉股份负极材料产品端“里程碑式”的技术突破,进一步巩固了杉杉股份在负极行业的龙头地位。

据璞泰来透露,该公司已研发推出快充负极新品,可以满足6C的性能要求,并得到下游客户的积极反馈,同时通过自身粘结剂的配合和原料的创新能够实现8C/10C快充。“预计公司2024年负极材料出货中,快充产品占比将得到进一步提升,主要目标客户包括下游动力和消费电子客户。”

尚太科技快充负极产品放量,2024年3季度有望实现满产满销。在前期技术、工艺积累的基础上,公司已实现“快充”、“超充”等新一代动力电池负极材料产品的大批量生产。尚太科技(001301.SZ)发布2024年三季度报告,前三季度,公司实现营业收入36.2亿元,同比增长14.16%。归属于上市公司股东的净利润5.78亿元,同比增长1.72%。归属于上市公司股东的扣除非经常性损益的净利润5.71亿元,同比增长3.69%。2024 年以来,在长期的技术和工艺积累基础上,公司实现了新一代“快充”超充”性能以及新型储能终端人造石墨 负极材料产品的批量出货,相关产品受终端新能源汽车动力电池和储能电池市场需求快速增加的带动,产销规模快速上 升,推动公司负极材料销售数量同比大幅上升。2024 年第三季度,公司继续把握住新一代动力电池迭代的业务机会,并 关注到储能电池市场处于活跃周期,促使负极材料产品销售数量增速再次提升,2024 年 1-9 月,公司负极材料产品销售 数量达 14.8 万吨,已经超过 2023 年全年销售量,同比增长超过 55%。

据翔丰华透露,该公司针对快充需求已研发出高能量密度兼顾快充性能的人造石墨负极材料和快充长寿命B型二氧化钛负极材料产品,并已移交客户测试。目前该公司正在积极接触德国大众、韩国SK On、日本松下等国际知名车企和锂电池企业。

除此之外,中科电气表示,公司的高压快充以及超充类负极材料产品成功在客户端得到批量应用,今年上半年,随着相关车型的上市也带动了该公司快充类负极材料产品出货量的增加。同时在硅基负极材料、新型碳材料、锂金属负极等新型负极材料方面均有开发和产品布局。


     其与宁德时代共同推出的6C电池,可能仍属于石墨负极体系。上汽通用称,该电池使用“第二代石墨快离子环技术”,搭配多梯度分层极片,搭建起了电流传导的“高速公路”,显著缩短了充放电时间,实现了更高的能量密度和更高的循环稳定性。

  相比之下,辉能科技则使用硅基负极体系。目前,硅基负极主要分硅碳负极、硅氧负极。对于辉能科技使用何种材料体系,《每日经济新闻》记者采访了TrendForce集邦咨询分析师曾佑鹏,其表示:“辉能科技推出的100%硅基负极并非纯硅,是高容量(2100~3100mAh/g)的硅氧体系复合材料”。辉能科技官网显示,具体而言,其硅复合负极电池充电5分钟可续航约300公里,相较业界快充标准(30分钟),缩短了83.3%的充电等待时间,提升了充电周转率,解决了充电站不足与充电时间过长的困境。该电池体积能量密度达到749Wh/L,重量能量密度则达到321Wh/kg。公司称,根据德国莱茵实验室的测试数据,该电池系统能在充电5分钟内,从5%电量充至60%,充电8.5分钟则可达到80%。

随着众多电池企业和材料企业纷纷发力快充技术,电动汽车行业将快速向超快充时代迈进。据专业机构预测,2025年支持高压快充的3C以上电池需求量将达350GWh,占国内电动汽车动力电池装车量的59%,快充电池的加速渗透将助推负极材料技术升级与市场进一步增长,这也将为二线负极企业和新入行者提供新的发展机会和出货量快速增长的方向。



石墨盟
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