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打通“最后一公里”,智能制造赋能新材料产业化

07/16 09:45
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随着全球锂电产业迈入TWh时代,单纯的产能扩张已不再是竞争的唯一主轴。能量密度逼近理论极限、关键材料成本压力高企、以及海量退役电池带来的资源与环境挑战,正共同将产业推向一个需要系统性创新的“深水区”。

行业的聚光灯,正从单纯追求产量转向更高维度的竞争:一方面,以硅基负极为代表的下一代材料正从实验室加速走向市场,力求打开能量密度的天花板;另一方面,如何通过智能、绿色的制造与循环体系,将技术优势转化为兼具成本效益与可持续性的产业优势,已成为全行业的共同命题。

7月9日下午,在2025高工新能源新材料产业大会的专场二:新材料创新路径与零碳智造上,来自材料、装备及回收领域的头部企业代表,便精准地回应了这些挑战。

他们的洞见清晰地指出,产业的下一程竞争,将是围绕“前沿材料的产业化落地”、“极致制造的工程化能力”以及“全球化资源的循环布局”三大核心展开的立体战。

华友循环运营部长李发磊作“面向全球的新能源汽车动力电池回收利用产业布局探索”主题演讲。

李发磊介绍,全球新能源汽车产业高速发展推动动力电池退役潮到来,政策法规成为产业发展的核心驱动力。中国通过《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》(2018)明确车企为回收责任主体,并配套溯源管理、网点建设及综合利用企业规范,构建“回收-利用”全生命周期监管体系。2023年《新能源汽车动力电池综合利用管理办法(征求意见稿)》进一步扩大责任主体、强化安全要求,国务院专项清理“作坊式回收”,加速行业规范化。

海外市场政策体系更趋成熟。美国通过《通胀削减法案》(IRA)将本土回收材料纳入补贴范围,推动电池价值链闭环;欧盟也在建立回收框架,但规模化冶金能力仍待突破。

全球产业布局呈现三大特征:首先是资源与消费错配,全球九成的锂资源消费集中在亚太,但锂矿主要分布于澳洲、南美“锂三角”及非洲;

二是中国主导出口市场,欧洲及东南亚为核心目的地;

三是全球锂电回收体系待完善,回收产能区域分化,中国占全球黑粉产量四成(湿法冶炼为主),但欧美依赖韩国等第三方处理冶金环节,东南亚预处理产能仍在起步。

华友循环构建覆盖全球的回收产业网络。国内以浙江衢州为全产业链枢纽,合资长春一汽(梯次利用)、成都环投(城市资源循环),广西玉林布局铁锂高效回收;在海外的德国、美国、日本、巴基斯坦布局预处理,韩国、印尼部署“预处理+冶金”一体化基地,澳大利亚强化资源协同。

华友打造“智慧城市低碳交通运营生态”,通过锂电池溯源数据中心链接车企、拆解企业、运营商及碳交易平台,梯次电池应用于储能、低速车、备电等场景,形成“城市矿山”资源闭环。

天目先导研发总监禇赓博士发表“高能量密度锂离子电池硅基负极材料开发进展”主题演讲。

公司在硅基负极材料领域拥有深厚的专利积累,源于中国科学院物理研究所长达29年的研发历史,拥有世界范围内最早的纳米硅负极材料专利(1997年),并发表了最早的纳米硅负极SCI文章。

目前,公司已申请专利458篇,其中授权专利109篇,形成了完整的Si/C复合材料体系专利群,奠定了技术领先地位。 核心技术方面,公司致力于原位掺杂、气相包覆、纳米硅制备、硅碳复合以及辅助材料等关键技术。目标是实现1-10nm硅在导电介质中的均匀分散,以解决硅负极面临的体积膨胀、粉化、SEI反复生长等挑战。

公司新型硅碳材料实现了高容量(可逆容量最高可达2212 mAh/g、首效94.5%)、低膨胀(软包电池1000周电芯膨胀<10%)和长寿命(软包电池循环1400周@1C/1C容量保持率>80%),远优于一般硅碳。克容量2473mAh/ g、首效达95.6%的产品,配合高镍可适用于400Wh/kg以上超高能量密度电池体系。目前已开始批量应用于动力电池、电动工具消费电子等领域。

公司在固态电解质领域也取得重要突破,开发了多代氧化物固态电解质粉体、浆料及涂层隔膜产品。从提升低温/安全性能的LATP第一代,到提高循环/倍率性能的LLTO/LLZO第二代,再到研发超高离子电导率的新型固态电解质第三代,公司致力于提供高能量密度锂离子液态、固液混合及全固态电池的关键材料,包括全固态电池隔膜。目前基于基膜的固态电解质涂层隔膜已实现小批量出货。

金汇能集团研究院院长、研发部总经理吴云胜作“硅基负极材料制备及产业化”主题演讲。

硅基负极材料作为突破锂电能量密度瓶颈的关键路径,面临的根本性挑战:在于锂离子嵌入引发硅材料高达300%的体积膨胀,导致颗粒粉化及电极结构失效,由此导致电池层面的一系列问题。

围绕这一问题,结合产业化可实施路径,金汇能在硅氧、硅碳技术路线上持续技术攻关。硅氧方面,气相包覆工艺核心在优化碳层的均匀完整性,首效是硅氧的瓶颈;为此通过预镁预锂改性,提升硅氧的首次效率,拓宽应用场景。通过合适镁源及工艺设计,高效实现了镁掺杂的体相均匀性及低能耗制备工艺。

硅碳方面,多孔碳载体:精确调控孔径大小/分布,合适前驱体强化多孔碳颗粒骨架抗压强度,含氧官能团控制,优化流化床沉积工艺,完善沉积均匀性,抑制表面浮硅及SiC副产物。针对当前硅碳使用中客户反馈的动力学问题,从电子离子导电率层面分析了可能的原因及从多孔碳载体以及硅掺杂角度入手的解决方案。

金汇能布局零碳制造基地矩阵:四川雅安基地布局绿电一体化石墨负极生产基地年产能10万吨;重庆铜梁基地采用页岩气能源辅助+艾奇逊石墨化辅料制备35套石墨化坩埚进行循环增值。

未来,金汇能以绿色能源为基石,聚焦石墨负极材料体系降本。围绕高能量密度及固态电池,不断深化硅基负极材料开发及产业化。

合肥恒力锂电事业部副总经理李勇发表“装备创新推动新能源新材料新发展”主题演讲。

合肥恒力通过创新推动新能源材料新发展,其设备具备“大产能、产品一致性高、节能”三大先进性。

大产能:恒力装备的大产能设备显著助力降本。例如,六列三层气氛辊道炉作为当前四代半LFP高压实产品及高镍三元主流烧结设备,其产能相对六列双层炉可增加50%,运行成本降低30%。

主要技术指标包括百米窑炉年产能大于2万吨/台,运行成本低于420元/吨,最快节拍大于620钵/小时。公司采用大负载传动技术、先进温控技术(三点控温+辅助加热,实现大尺寸炉膛高温度均匀性)和快速降温技术。此外,回转炉作为传统热处理设备,具有超大产能,LFP产品单台产能可达万吨/年。

产品一致性高:恒力装备通过温度均匀性和气氛均匀性保证产品性能提升。

温度均匀性: 通过先进温场仿真、辅助加热(加热丝中丝、侧丝交错布置)和先进控温算法(多点控温)实现有效尺寸2400mm(W)×750mm(H)的六列三层辊道炉空间温度均匀性≤±5℃。

气氛均匀性: 采用特气安全设计(专用特气柜,安全互锁)和气氛精准控制(质量流量计精准控制,逻辑控制)。恒力CVD连续生产设备助力硅碳负极材料由中试迈向量产,通过高精度热式质量流量计控制工艺气体流量,确保炉内气氛均匀和压力分布均匀,避免沉积不均。

节能:恒力装备的设备节能可达20%。公司采用先进材料(纳米绝热板+气凝胶),降低炉体表面温升,减少热量损失。通过进气预热(利用窑炉自身保温层热量,砖砌迷宫气盒)和尾气余热利用(换热器回收尾气热量用于工艺气体预热、焚烧炉进气预热等),提高能源利用效率。同时,通过炉压负反馈控制排气,降低废气排放和热量损失。组合炉膛设计(升温段拱顶,恒温/降温段平顶)也有效缩小烧结空间,减少热量散失。

尚水智能材料装备工程技术中心总监杜保东作“智能材料装备与工程赋能锂电池规模化制造”主题演讲。

在新能源产业快速发展的背景下,行业正面临降本增效与技术提质的双重压力。工艺优化与规模化制造能力作为核心竞争力。同时,产业升级与出海需求对装备创新提出更高要求,要求设备与材料工艺深度协同。

针对这一趋势,尚水智能核心装备技术不断取得突破。全自动拆包机(FUN-21系列)有效破解传统人工拆包效率低、污染重的痛点,实现5-6分钟快速拆包、清空率达99.97%。其创新采用M型吊带+PE膜结构,避免PP编织袋碎屑污染,兼容300-1000kg吨包包装,单台设备年可节约成本超50万元,替代6名工人,封闭结构亦大幅降低粉尘泄漏风险。

在材料混合领域,双传动混合包覆机通过旋向相反的双桨叶设计,实现对流与剪切混合协同,能耗为传统设备的1/3,且包覆效果高度一致,经验证可完成不同尺度级别的微纳米材料的混合与包覆。

气流粉碎系统方面,尚水智能提供立式与卧式分级两种配置,分别适用于石墨、碳酸钙(D97=1-10μm)及金属、陶瓷材料(D97=10-50μm)。通过流场仿真与拉瓦尔喷嘴优化,搭配分级轮的仿真优化,可实现窄幅与宽幅的粒径分布需求的定制。

在节能降耗方面,干式球磨分级一体机相较气流粉碎能耗仅为其1/10,陶瓷搅拌轴设计有效防止金属污染,适用于各种类型晶体材料的超细研磨(D90<20μm),同时具备连续生产优势,提升产线效率。

在人机与节拍优化方面,尚水智能推出成品筛分除磁一体化解决方案,浆料除磁与粉体除磁提供在线清洗方案,可实现电除磁原位快速清洗,替代传统人工清洗方案,节省人工、优化生产节拍。

围绕产业工程化需求,企业构建整线解决方案能力,覆盖包括三元、磷铁、钠电正极、硬碳负极等在内的正负极材料全工艺链,提供从规划到调试的EPC交钥匙服务,并通过600余条产线经验积累,实现实验室成果与量产落地的高度匹配。

全球化服务网络亦同步建设,尚水智能以深圳总部为核心,苏州、摩洛哥、日本等七大服务基地构成辐射网络,确保8小时内响应售后需求。配套3万㎡实验中心提供材料到电芯的全链条测试与验证,为客户提供技术闭环与持续优化支持。

声明:本文章属高工锂电原创(微信号:weixin-gg-lb),转载请注明出处。商业转载请联系(微信号:zhaochong1213)获得授权。

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