近日，由蘇州中材非金屬礦工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司（簡(jiǎn)稱蘇非有限）研制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)“氣相沉積包覆硅基負(fù)極材料”的工業(yè)級(jí)連續(xù)回轉(zhuǎn)窯正式上線。這一突破標(biāo)志著我國(guó)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(jìn)展。
作為新能源時(shí)代的核心能源儲(chǔ)存裝置，鋰電池一直是科技界關(guān)注的焦點(diǎn)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(wèn)題，無(wú)法滿足人們對(duì)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(lái)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(guò)程中會(huì)出現(xiàn)體積膨脹和收縮的問(wèn)題，給電池的穩(wěn)定性和安全性帶來(lái)了挑戰(zhàn)。此前，我國(guó)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(guó)在該領(lǐng)域的發(fā)展。
蘇非有限通過(guò)多年的研究和實(shí)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(guó)內(nèi)首臺(tái)“氣相沉積包覆硅基負(fù)極材料”的工業(yè)級(jí)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(dá)到了每年1500噸，填補(bǔ)了我國(guó)硅基負(fù)極材料制備窯爐工業(yè)化的空白。
01 國(guó)家需要什么，我們就研究什么
隨著新能源汽車的興起，動(dòng)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(shí)，達(dá)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(guò)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(kāi)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(guò)長(zhǎng)時(shí)間極高溫度處理非常復(fù)雜工藝加工過(guò)程，對(duì)控制溫度、氣體流速、安全保護(hù)等都有著嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。此前，僅有少數(shù)國(guó)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(guó)家隊(duì)，對(duì)國(guó)家新能源未來(lái)發(fā)展戰(zhàn)略要有支撐，國(guó)家需要什么我們就研究什么，不能讓外國(guó)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(jiān)定的說(shuō)。蘇非有限作為1959年的老院，有著65年歷史，是我國(guó)非金屬礦行業(yè)集試驗(yàn)研究、工程設(shè)計(jì)、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(jiān)克難，突破卡脖子技術(shù)
優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案離不開(kāi)一群“寶藏”設(shè)計(jì)師。2023年初成立的“硅基負(fù)極材料制備窯爐”攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)中，年齡最長(zhǎng)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(tuán)隊(duì)為了突破硅基負(fù)極材料制備的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，在既沒(méi)有設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)程序，也沒(méi)有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的困難條件下，開(kāi)始踏上自主研發(fā)的艱辛征程。
“我當(dāng)年開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)第一臺(tái)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(lái)一個(gè)新型窯爐?！眻F(tuán)隊(duì)經(jīng)營(yíng)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(lái)。
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(yàn)。從工藝設(shè)計(jì)到機(jī)械設(shè)計(jì)，再到改造試驗(yàn)裝置，都是一項(xiàng)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(guó)義、劉若涵反復(fù)多次調(diào)整試驗(yàn)方案，伴隨著調(diào)試工作正式開(kāi)始，試驗(yàn)開(kāi)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(kāi)始警報(bào)，所有人的心都緊張起來(lái)...
經(jīng)歷了一次次失敗，攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)攻克了一道道難關(guān)，摸清一個(gè)又一個(gè)數(shù)據(jù)，不斷積累成功的經(jīng)驗(yàn)。歷經(jīng)200天不眠之夜，上萬(wàn)次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，全力攻克各項(xiàng)關(guān)鍵試驗(yàn)難關(guān)。到2024年初，設(shè)備一次通電試運(yùn)成功，突破“卡脖子”關(guān)鍵核心設(shè)備技術(shù)瓶頸，成為推動(dòng)新能源裝備制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的重要舉措。
趙育華自信地介紹，我們團(tuán)隊(duì)實(shí)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(wàn)分十，基本上隔絕了氧氣;三耐高溫考驗(yàn)，可長(zhǎng)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(yùn)行。
蘇非黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)張韜自豪的說(shuō)，“該技術(shù)不僅打破了國(guó)外對(duì)硅基負(fù)極材料窯爐的壟斷，突破了我國(guó)工業(yè)化“卡脖子”難題，顯著推動(dòng)整個(gè)硅基負(fù)極材料的發(fā)展，更有力推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的高質(zhì)量發(fā)展，有效助力我國(guó)雙碳目標(biāo)達(dá)成。目前已成功在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣應(yīng)用。”
03 擔(dān)當(dāng)“國(guó)之大者”，打造“國(guó)之大材”
蘇非有限專業(yè)從事非標(biāo)窯爐設(shè)計(jì)，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(jī)械、自動(dòng)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(jì)、施工、調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，已取得36項(xiàng)相關(guān)專利，制定多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。面對(duì)日益多元的市場(chǎng)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(shū)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(kāi)發(fā)與應(yīng)用，擔(dān)當(dāng)“國(guó)之大者”，打造“國(guó)之大材”為新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)蘇非力量。未來(lái)，蘇非有限將持續(xù)瞄準(zhǔn)窯爐先進(jìn)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(shí)代行穩(wěn)致遠(yuǎn)。
這一突破對(duì)我國(guó)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(chǔ)能密度和更長(zhǎng)的循環(huán)壽命，有望推動(dòng)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(jí)連續(xù)回轉(zhuǎn)窯的上線，為我國(guó)鋰電池負(fù)極材料的工業(yè)化生產(chǎn)打開(kāi)了大門，將有助于我國(guó)在新能源領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
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