近日，由蘇州中材非金屬礦工業(yè)設(shè)計研究院有限公司（簡稱蘇非有限）研制的國內(nèi)首臺“氣相沉積包覆硅基負(fù)極材料”的工業(yè)級連續(xù)回轉(zhuǎn)窯正式上線。這一突破標(biāo)志著我國在下一代鋰電池負(fù)極材料工業(yè)化生產(chǎn)上取得了重大進展。
作為新能源時代的核心能源儲存裝置，鋰電池一直是科技界關(guān)注的焦點之一。然而，傳統(tǒng)的鋰離子電池負(fù)極材料存在著容量低、循環(huán)壽命短等問題，無法滿足人們對高性能電池的需求。作為替代品，硅基負(fù)極材料具有高容量和優(yōu)異的循環(huán)壽命特性，被廣泛認(rèn)為是未來鋰電池的發(fā)展方向。
然而，由于硅基負(fù)極材料在充放電過程中會出現(xiàn)體積膨脹和收縮的問題，給電池的穩(wěn)定性和安全性帶來了挑戰(zhàn)。此前，我國在硅基負(fù)極材料制備方面一直受制于制備窯爐的工業(yè)化難題，制約了我國在該領(lǐng)域的發(fā)展。
蘇非有限通過多年的研究和實踐，在氣相沉積技術(shù)方面取得了重大突破。他們成功研制出了國內(nèi)首臺“氣相沉積包覆硅基負(fù)極材料”的工業(yè)級連續(xù)回轉(zhuǎn)窯，并將其投入生產(chǎn)。據(jù)悉，這一窯爐的生產(chǎn)規(guī)模達到了每年1500噸，填補了我國硅基負(fù)極材料制備窯爐工業(yè)化的空白。
01 國家需要什么，我們就研究什么
隨著新能源汽車的興起，動力電池負(fù)極材料需求量日益增加，如何在滿足生產(chǎn)的同時，達到提高材料性能和節(jié)能降耗目的呢?硅基負(fù)極材料則是下一代鋰電池理想的負(fù)極材料，通過該制備窯爐提取制備的硅基負(fù)極材料，比傳統(tǒng)新能源石墨負(fù)極材料電容量提升近10倍，可滿足下一代新能源汽車?yán)m(xù)航里程能力、快速充電、電池穩(wěn)定性的高標(biāo)準(zhǔn)要求。目前眾多頭部鋰電池廠家已經(jīng)開始布局這一領(lǐng)域。由于硅基負(fù)極材料的制備必須經(jīng)過長時間極高溫度處理非常復(fù)雜工藝加工過程，對控制溫度、氣體流速、安全保護等都有著嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。此前，僅有少數(shù)國外廠家掌握硅基負(fù)極材料生產(chǎn)裝備技術(shù)，且依然存在生產(chǎn)弊端。
“我們是非金屬礦行業(yè)的國家隊，對國家新能源未來發(fā)展戰(zhàn)略要有支撐，國家需要什么我們就研究什么，不能讓外國公司卡住脖子?！碧K非有限總經(jīng)理助理兼裝備事業(yè)部總經(jīng)理程星堅定的說。蘇非有限作為1959年的老院，有著65年歷史，是我國非金屬礦行業(yè)集試驗研究、工程設(shè)計、裝備研制與集成、高性能礦物材料加工為一體的高新技術(shù)企業(yè)。
02 努力攻堅克難，突破卡脖子技術(shù)
優(yōu)秀的設(shè)計方案離不開一群“寶藏”設(shè)計師。2023年初成立的“硅基負(fù)極材料制備窯爐”攻堅團隊中，年齡最長的57歲，最小的僅有25歲，是由技術(shù)專家和業(yè)務(wù)骨干組成，該團隊為了突破硅基負(fù)極材料制備的設(shè)計制造技術(shù)，在既沒有設(shè)計規(guī)范、設(shè)計程序，也沒有設(shè)計經(jīng)驗的困難條件下，開始踏上自主研發(fā)的艱辛征程。
“我當(dāng)年開發(fā)國內(nèi)第一臺大型高溫間歇式回轉(zhuǎn)窯，還有三年我就快退休了，這次我要和大家一起再搞出來一個新型窯爐?！眻F隊經(jīng)營最豐富的技術(shù)專家趙育華表示，他帶著大家鉚著一股勁，要把這塊“硬骨頭”啃下來。
硅基負(fù)極材料制備窯爐工藝復(fù)雜，設(shè)備直徑大、氣氛控制精度要求高，很多傳統(tǒng)儀器都經(jīng)受不了這樣惡劣工藝條件考驗。從工藝設(shè)計到機械設(shè)計，再到改造試驗裝置，都是一項非常龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程。為了清楚掌握高溫窯爐內(nèi)氣氛與原料的最佳工藝條件，趙育華和程星、王慶安、臧宇、張國義、劉若涵反復(fù)多次調(diào)整試驗方案，伴隨著調(diào)試工作正式開始，試驗開始后，窯爐溫度表緩慢上升到1000攝氏度，窯爐內(nèi)易燃易爆氣體不斷沖擊爐膛。隨著氣體流量不斷增大，突然，砰的一聲，接著傳感器開始警報，所有人的心都緊張起來...
經(jīng)歷了一次次失敗，攻堅團隊攻克了一道道難關(guān)，摸清一個又一個數(shù)據(jù)，不斷積累成功的經(jīng)驗。歷經(jīng)200天不眠之夜，上萬次設(shè)計實驗，全力攻克各項關(guān)鍵試驗難關(guān)。到2024年初，設(shè)備一次通電試運成功，突破“卡脖子”關(guān)鍵核心設(shè)備技術(shù)瓶頸，成為推動新能源裝備制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，建設(shè)制造強國的重要舉措。
趙育華自信地介紹，我們團隊實現(xiàn)了五大突破，一是在密封方式上，自行研發(fā)的專利密封技術(shù);二是設(shè)備內(nèi)氧氣含量小于百萬分十，基本上隔絕了氧氣;三耐高溫考驗，可長期耐受1000℃-1100℃正常穩(wěn)定生產(chǎn);四是設(shè)備內(nèi)部控制更加精準(zhǔn);五是設(shè)立6大安全保障系統(tǒng)確保安全運行。
蘇非黨委書記、董事長張韜自豪的說，“該技術(shù)不僅打破了國外對硅基負(fù)極材料窯爐的壟斷，突破了我國工業(yè)化“卡脖子”難題，顯著推動整個硅基負(fù)極材料的發(fā)展，更有力推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的高質(zhì)量發(fā)展，有效助力我國雙碳目標(biāo)達成。目前已成功在行業(yè)內(nèi)進行推廣應(yīng)用?！?/span>
03 擔(dān)當(dāng)“國之大者”，打造“國之大材”
蘇非有限專業(yè)從事非標(biāo)窯爐設(shè)計，潛心礦物功能材料、化工材料、環(huán)保突破性研發(fā)工作60余載，擁有熱工、機械、自動化控制、環(huán)保等全專業(yè)人才，具備雄厚的技術(shù)研發(fā)能力，和窯爐設(shè)計、施工、調(diào)試經(jīng)驗，已取得36項相關(guān)專利，制定多項標(biāo)準(zhǔn)。面對日益多元的市場需求，蘇非有限的發(fā)展之路也日漸清晰。
蘇非有限黨委副書記、總經(jīng)理孔建軍表示，下一步，公司將錨定新能源電池材料賽道，致力于新技術(shù)、新工藝、新裝備的開發(fā)與應(yīng)用，擔(dān)當(dāng)“國之大者”，打造“國之大材”為新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻蘇非力量。未來，蘇非有限將持續(xù)瞄準(zhǔn)窯爐先進技術(shù)的發(fā)展方向，把不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)水平作為發(fā)展目標(biāo)，在綠色低碳發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的時代行穩(wěn)致遠。
這一突破對我國鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。硅基負(fù)極材料具有更高的儲能密度和更長的循環(huán)壽命，有望推動鋰電池的性能提升和應(yīng)用拓展。蘇非有限研制成功的這一工業(yè)級連續(xù)回轉(zhuǎn)窯的上線，為我國鋰電池負(fù)極材料的工業(yè)化生產(chǎn)打開了大門，將有助于我國在新能源領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級。
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