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宁夏材料研究学会会员侯春平教授团队历时八年成功研发太西煤基负极材料

发布时间: 09月20日 发布来源:宁夏材料研究学会

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近日,北方民族大学材料科学与工程学院侯春平副教授团队历时八年时间,将科研与实践相结合,终于将他的太西煤基负极材料研发成功。“太西煤基负极材料研发成功,可突破锂电池在低温和快充方面的技术瓶颈,将对宁夏太西煤高值化利用和产业结构调整升级起到积极的促进作用。”侯春平介绍,目前该材料已在项目单位实现生产制备及应用评价。

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  开拓空白领域 创新研发太西煤材料

  采访中记者了解到,侯春平教授的科研团队在太西煤基负极材料项目研发过程中,得到了中国工程院、宁夏科技厅、银川市和苏银产业园等主管部门的项目和资金支持,先后承担了中国工程院战略咨询研究项目、宁夏重点研发计划项目等。今年5月23日,这一项目获得了我区科学技术成果认证。

  1976年出生的侯春平,从大学本科到硕士、博士一直读的是应用化学和材料学。外人看似枯燥的专业,侯春平却从中体会到不凡的乐趣。硕士研究生毕业后,他去深圳从事新能源材料研发工作,随后又在北京工作。见识过大城市飞速发展的节奏,侯春平意识到自己应当返乡创业,在家乡宁夏银川尝试开拓一些空白领域的研发。有着教师情节的侯春平,于2018年作为高层次人才引进成为北方民族大学新能源材料与器件专业的教师。

  侯春平一边从事科研教学,一边继续进行技术研究。其实,在2014年,侯春平就已经开始着手研究太西煤基负极材料。侯春平介绍,他在科研选题方面是经过深思熟虑的。宁夏是碳化硅和活性炭的生产大省,市场份额总体保持在全国40%左右,并且,太西煤是宁夏的特有资源。因此,宁夏碳材料产业发展具有比较好的产业基础。侯春平认为,与国内其他地方相比,宁夏发展锂电产业具有优势。“在电力成本和气候环境等方面,干燥的气候条件和较低的电力成本比较适合锂电产业。”侯春平告诉记者,宁夏现已经聚集了一些行业知名的锂电企业,这对将来行业发展非常重要,能够促进产业生态链完善。同时,本土人才的培养和支持可为锂电企业持续输送专业技术人才,能够促进行业的持续健康发展。

  历时八年攻克核心技术

  “北方民族大学、宁夏大学已经成立了新能源材料与器件本科专业,北方民族大学是2012年成立的,而锂电‘黄埔军校’中南大学是2011年成立的,不得不说宁夏在这方面是有战略眼光的。”侯春平介绍说,宁夏大学2022年成立了材料与新能源学院。本地高校的发展为将来宁夏锂电产业发展提供人力资源支持。在侯春平看来,除了这些软实力,在资源方面,宁夏拥有黑宝“太西煤”,可开展针状焦、煤基负极材料、硅基负极材料、煤基石墨烯等差异化材料的生产研发,和国内外其他企业相比可实现差异化竞争。

  侯春平告诉记者,锂电材料的原料对行业发展影响比较大,比如正极用碳酸锂,2020年一季度的价格仅有每吨5万元左右,而2021年四季度达到每吨22万元,2022年一季度甚至高达每吨50万元。再拿负极材料用到的针状焦来说,2021年底进口针状焦的售价每吨6000元~8000元,今年4月却涨到了每吨11000元~13000元,这对锂电材料和电池企业的影响都非常大,“所以必须依托宁夏资源或特色资源来发展锂电产业,企业才有竞争力。”侯春平预测,如果宁夏能发展成为锂电产业的重要基地,材料产能规模达到百万吨或以上应该能实现,锂电产业产值将达千亿规模。

  在研究新能源材料方面,侯春平马不停蹄地开展研究。在苏银产业园区,侯春平已经做好太西煤基负极材料生产和锂电池试验线投产准备。侯春平给记者展示了他们团队对太西煤经过加工处理打磨变成粉末的过程,然后,讲述了核心技术的攻克之路——他们要把在显微镜下10微米~20微米的太西煤粉末颗粒,一种比头发丝还细的颗粒,进行结构调整保持球形。侯春平介绍,这部分是太西煤研究的核心也是最难突破的,主要是使太西煤的纯度提高,使用催化剂促进结构形成多孔性结构。这也正是他们产品的主打特征,可实现锂电池快充、抗低温。“多孔性结构的石墨化工艺控制,其实就是一个太西煤改性的过程。”侯春平说,也算功夫不负有心人吧,他原本选择的这条科研之路本就是一个很少人去触碰的技术方向。“大多锂电池都是选择做正极材料,这次是挑战了难度,选择了研发太西煤基负极材料。”侯春平告诉记者,经过第三方实验验证,他们团队所研发生产的负极材料制备的18650圆柱电池及扣式电池,在低温和快充方面展示了独特的优势,其核心是攻破多孔隙颗粒结构继而可达到快充的条件。使用太西煤基负极材料的电池在低温下电池的内阻和极化较小,因而抗低温性能就会提升。

  预计明年年初研发项目可投产

  起初,侯春平想用三四年时间来攻克这一技术,让侯春平没有想到的是,这项研究历时了八年多时间,其过程也给他和团队带来了不少考验和挑战。

  不过,侯春平认为,花费的时间和精力都是值得的。“太西煤基负极材料就是对锂电池性能的颠覆,可实现快充、抗低温,这是现在大多锂电池所欠缺的性能。”侯春平向记者介绍说,现在常见的特斯拉电动车,就是使用圆柱形电池七千颗串并联在一起实现增加电压,还有比亚迪新能源车辆所使用的刀片电池,都只是在电池结构上进行的设计改进,并不是锂电池材料的颠覆,太西煤基负极材料的研发,成功开拓了锂电池材料的新领域。

  在侯春平项目的生产车间,他的生产设备已经购置完毕,正在进行设备调试,预计2023年年初可实现大批量生产。“这些设备器械和工艺都是团队在多年的实践经验基础上进行完善、修改后定制的。”侯春平说,太西煤基负极材料锂电池投产后,将首先满足常规市场需求。之后,他想让太西煤基负极材料锂电池满足特殊领域低温环境下的使用需求。他和团队还会继续在技术上进行完善和改进。

  记者 寇莉苹 文/图

转载自银川新闻网