近日，由蘇州中材非金屬礦工業設計研究院有限公司（簡稱蘇非有限）研制的國內首臺“氣相沉積包覆硅基負極材料”的工業級連續回轉窯正式上線。這一突破標志著我國在下一代鋰電池負極材料工業化生產上取得了重大進展。
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注的焦點之一。然而，傳統的鋰離子電池負極材料存在著容量低、循環壽命短等問題，無法滿足人們對高性能電池的需求。作為替代品，硅基負極材料具有高容量和優異的循環壽命特性，被廣泛認為是未來鋰電池的發展方向。
然而，由于硅基負極材料在充放電過程中會出現體積膨脹和收縮的問題，給電池的穩定性和安全性帶來了挑戰。此前，我國在硅基負極材料制備方面一直受制于制備窯爐的工業化難題，制約了我國在該領域的發展。
蘇非有限通過多年的研究和實踐，在氣相沉積技術方面取得了重大突破。他們成功研制出了國內首臺“氣相沉積包覆硅基負極材料”的工業級連續回轉窯，并將其投入生產。據悉，這一窯爐的生產規模達到了每年1500噸，填補了我國硅基負極材料制備窯爐工業化的空白。
01 國家需要什么，我們就研究什么
隨著新能源汽車的興起，動力電池負極材料需求量日益增加，如何在滿足生產的同時，達到提高材料性能和節能降耗目的呢?硅基負極材料則是下一代鋰電池理想的負極材料，通過該制備窯爐提取制備的硅基負極材料，比傳統新能源石墨負極材料電容量提升近10倍，可滿足下一代新能源汽車續航里程能力、快速充電、電池穩定性的高標準要求。目前眾多頭部鋰電池廠家已經開始布局這一領域。由于硅基負極材料的制備必須經過長時間極高溫度處理非常復雜工藝加工過程，對控制溫度、氣體流速、安全保護等都有著嚴格標準。此前，僅有少數國外廠家掌握硅基負極材料生產裝備技術，且依然存在生產弊端。
“我們是非金屬礦行業的國家隊，對國家新能源未來發展戰略要有支撐，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非有限總經理助理兼裝備事業部總經理程星堅定的說。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集試驗研究、工程設計、裝備研制與集成、高性能礦物材料加工為一體的高新技術企業。
02 努力攻堅克難，突破卡脖子技術
優秀的設計方案離不開一群“寶藏”設計師。2023年初成立的“硅基負極材料制備窯爐”攻堅團隊中，年齡最長的57歲，最小的僅有25歲，是由技術專家和業務骨干組成，該團隊為了突破硅基負極材料制備的設計制造技術，在既沒有設計規范、設計程序，也沒有設計經驗的困難條件下，開始踏上自主研發的艱辛征程。
“我當年開發國內第一臺大型高溫間歇式回轉窯，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隊經營最豐富的技術專家趙育華表示，他帶著大家鉚著一股勁，要把這塊“硬骨頭”啃下來。
硅基負極材料制備窯爐工藝復雜，設備直徑大、氣氛控制精度要求高，很多傳統儀器都經受不了這樣惡劣工藝條件考驗。從工藝設計到機械設計，再到改造試驗裝置，都是一項非常龐大復雜的系統工程。為了清楚掌握高溫窯爐內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、劉若涵反復多次調整試驗方案，伴隨著調試工作正式開始，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...
經歷了一次次失敗，攻堅團隊攻克了一道道難關，摸清一個又一個數據，不斷積累成功的經驗。歷經200天不眠之夜，上萬次設計實驗，全力攻克各項關鍵試驗難關。到2024年初，設備一次通電試運成功，突破“卡脖子”關鍵核心設備技術瓶頸，成為推動新能源裝備制造業高質量發展，建設制造強國的重要舉措。
趙育華自信地介紹，我們團隊實現了五大突破，一是在密封方式上，自行研發的專利密封技術;二是設備內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℃正常穩定生產;四是設備內部控制更加精準;五是設立6大安全保障系統確保安全運行。
蘇非黨委書記、董事長張韜自豪的說，“該技術不僅打破了國外對硅基負極材料窯爐的壟斷，突破了我國工業化“卡脖子”難題，顯著推動整個硅基負極材料的發展，更有力推動新能源汽車產業鏈的高質量發展，有效助力我國雙碳目標達成。目前已成功在行業內進行推廣應用?！?/span>
03 擔當“國之大者”，打造“國之大材”
蘇非有限專業從事非標窯爐設計，潛心礦物功能材料、化工材料、環保突破性研發工作60余載，擁有熱工、機械、自動化控制、環保等全專業人才，具備雄厚的技術研發能力，和窯爐設計、施工、調試經驗，已取得36項相關專利，制定多項標準。面對日益多元的市場需求，蘇非有限的發展之路也日漸清晰。
蘇非有限黨委副書記、總經理孔建軍表示，下一步，公司將錨定新能源電池材料賽道，致力于新技術、新工藝、新裝備的開發與應用，擔當“國之大者”，打造“國之大材”為新能源產業發展貢獻蘇非力量。未來，蘇非有限將持續瞄準窯爐先進技術的發展方向，把不斷提高產品質量和服務水平作為發展目標，在綠色低碳發展、可持續發展的時代行穩致遠。
這一突破對我國鋰電池產業的發展具有重要意義。硅基負極材料具有更高的儲能密度和更長的循環壽命，有望推動鋰電池的性能提升和應用拓展。蘇非有限研制成功的這一工業級連續回轉窯的上線，為我國鋰電池負極材料的工業化生產打開了大門，將有助于我國在新能源領域的技術創新和產業升級。
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