上一期,我们主要介绍了层状过渡金属氧化物正极材料,本期我们将介绍普鲁士蓝(白)正极材料。
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普鲁士蓝类化合物的结构通式为NaxM[Fe(CN)6]1–y□y·ZH2O(可简写为MHCF或PBAs),其中M表示Fe、Co、Ni、Mn等过渡金属元素,□表示Fe(CN)6缺陷,0<x<2,0<y<1。x>1称为富态钠或普鲁士白,x≤1为贫态钠。普鲁士蓝类化合物的晶体结构是独特的三维开框结构,Na+存储在结构的间隙中,结晶水通常存在于晶体的表面和内部。
在钠离子电池正极材料三种路线中,普鲁士蓝类化合物成本较低,比容量和能量密度高,倍率性能优异,未来潜力较大。
PBAs可通过M3+/M2+和Fe3+/Fe2+氧化还原电实现2个钠离子的可逆脱出/嵌入,理论比容量达到170mA⋅h/g,工作电势较高。此外,PBAs由于Fe-CN的配位稳定常数高,三维结构稳定,因此具有较长的循环寿命。普鲁士蓝具有较低的溶度积常数,有效避免了在水溶液体系中的溶解流失问题,因此可作为水溶液体系正极材料。
普鲁士蓝类正极材料生产工艺主要有共沉淀法、水热合成法和球磨法。水热合成法能加快反应速率,产物分散性高,但对生产设备要求高。球磨法操作过程简单,可降低材料结晶水,但粒子容易团聚,且容易混入杂质。共沉淀法由于生产工艺简单且易于调节,是目前最主流的方式。
共沉淀法是目前最常用的一种合成普鲁士蓝类化合物的方法。为了提高材料的结晶性,螯合剂辅助的缓慢共沉淀法开始应用于普鲁士蓝类化合物的合成。
以柠檬酸三钠辅助的共沉淀法合成Na2CoFe(CN)6为例,共沉淀法制备普鲁士蓝主要分为四步。
第一步,将CoCl2与柠檬酸三钠按配方比例溶于去离子水中,形成Co2+-柠檬酸的螯合物;
第二步,将上述得到的溶液与Na4Fe(CN)6的水溶液同时滴加至去离子水中,进行共沉淀反应;
第三步,溶液反应完全后搅拌12h,经过多次过滤后得到前驱体;
第四步,将前驱体用去离子水与乙醇洗涤后在60℃下真空干燥24h得到产品。
第一步,将一定配比的水与抗坏血酸(维生素C)搅拌混合,得到溶液A;
第二步,在乙二醇中加入一定量的Na4Fe(CN)6·10H2O,充分搅拌后得到溶液B;
第三步将上述溶液A与溶液B混合搅拌后转移至特氟龙高压釜中在70℃下保存24小时,然后自然冷却至室温;
第四步,收集前驱体,用蒸馏水与乙醇洗涤后在80℃真空箱中干燥。
第一步将Fe4[Fe(CN)6]3和Na4Fe(CN)6•10H2O在真空烘箱(133Pa)中脱水8小时,温度分别控制在120℃和90℃;
第二步将上述脱水材料作为原料,按照1:1的比例进行球磨6h
第三步将通过球磨法得到的NaFeFe(CN)6粉末在真空烘箱(133Pa)中150℃下热处理5h,以改善普鲁士蓝类化合物的结晶度。
但是普鲁士蓝类正极材料量产的难点主要在于:1.结晶水和缺陷的去除;2.导电性及电芯工艺的控制;3.上游氰化物准入门槛较高。
下面,我们介绍几家普鲁士蓝类化合物正极材料的供应商。
1. 鞍山七彩化学股份有限公司(股票代码:300758)& 广东美联新材料股份有限公司(股票代码:300586)
七彩化学成立于2006年6月,坐落于辽宁省鞍山市海城市腾鳌经济开发区,专业从事高性能有机颜料、溶剂染料及相关中间体的研发、生产与销售,是中国重要的高性能有机颜料生产商,具有多年行业经验,主要产品包括苯并咪唑酮系列、偶氮缩合(大分子)系列、异吲哚啉系列高性能有机颜料和溶剂染料以及相关染、颜料中间体等。秉承精益求精的制造精神、高效的生产和研发团队以及完善的环保设施,始终确保稳定地向客户提供高品质高性能有机颜料产品,并已迅速成长为能够广泛服务于塑料、油墨和涂料领域的高性能有机着色剂重要供应商。
该公司表示,公司在钙钛矿电池领域拥有专利,公司子公司在钠电池配套普鲁士蓝(白)拥有独特技术,在这两方面正在持续研发,同时和相关方积极开展合作探索。
广东美联新材料股份有限公司是中国内资企业中以色母粒和熔喷无纺布为主营产品的上市公司,简称:美联新材。美联新材成立于2000年6月,是一家集研发、制造、销售、服务于一体的国家高新技术企业。美联新材现有色母粒年产能约9万吨,拥有国际先进的高智能全自动塑料色母粒生产线。主营产品包括白色母粒、黑色母粒、彩色母粒及预制料、功能母粒、可降解母粒和熔喷无纺布。
2022年9月18日,七彩化学和美联新材先后发布公告称,双方计划共同投资25亿元,建设"年产18万吨电池级普鲁士蓝(白)项目",致力于钠离子电池正极材料普鲁士蓝(白)系列产品的研究开发及产业化,助推钠离子电池产业发展。
七彩化学拥有普鲁士蓝(白)产业化技术、成本以及环保处理优势;美联新材具有普鲁士蓝(白)上游核心原材料氰化钠的产能、成本、技术优势,这也是双方合作的一大背景。
双方将通过产业技术合作、资本合作等方式,充分发挥各自优势,建立深度战略合作伙伴关系,实现战略协同与高质量绿色发展。而本次的投资,双方拟共同出资成立合资公司,持股比例各50%。
对于本次合作,七彩化学称,公司此次与美联新材签订战略合作协议,旨在发挥双方各自优势,实现优势互补,互利共赢,未来有利于进一步提升综合竞争实力。
美联新材则表示,与七彩化学签订战略合作协议,旨在充分发挥公司子公司营创三征(营口)精细化工有限公司及公司参股公司营口营新化工科技有限公司在氰化钠的产能、成本、技术上的优势,进一步实施新能源产业战略布局,更好地发展公司新能源业务。
网址:http://www.hifichem.com/
2. 百合花集团股份有限公司(股票代码:603823.SH)
百合花集团 1989 年成立,主要生产有机颜料,目前产品主要应用在油墨、油漆、塑胶这些特种领域的着色。公司占全球颜料 10%的份额,是化工细分领域全球龙头,2019 年开始切入新材料领域。在内蒙古建立了 2 万吨的金属钠,今年在湖北收购了一家氨氧化的企业并新建一个氨氧化的基地。钠离子电池正在研发,已经取得阶段性成果。
层状氧化物相比,普鲁士蓝类成本便宜。测试数据来看层状氧化物循环次数高, 通过结晶水程度提升,晶型结构稳定性提高,循环次数会提升。普鲁士蓝属于无机颜料,公司做无机、有机颜料 30 多年特别是对颜料晶体结构的控制、程度的控制,结晶水的控制,公司技术和经验丰富。同时普鲁士蓝电池级有柠檬酸钠之类,对合成以后三废处理,拥有金属化工企业有配套的设施和比较先进的治理方式。颜料界的普鲁士蓝主要体现颜色。用到电池级以后,在前期的合成,到后端要表面处理及合成过程的晶型控制,且电池级的普鲁士蓝在三废对净水这方面要求也更高,酸性也会比较强,整体难度比较大。公司在晶体结构控制方面有经验技术,因为有品种用在光刻胶用的色胶跟前端颜料的领域,这些领域的技术要求也是通过晶型控制来控制最终应用,技术类似。
公司的普鲁士蓝(白)材料目前处于实验室小试阶段,15,000 吨量产线预计于24 年建成投产。
官网:https://www.lilychem.com/
3. 格林美股份有限公司(股票代码:002340)
格林美股份有限公司成立于2001年,是动力电池回收和三元前驱体领域的龙头企业,格林美将报废电池中镍、钴、锰、铝的回收再生利用技术产业化,建成了锂离子电池正极材料前驱体生产基地,设计年生产镍钴锰、镍钴铝三元动力电池原料5000吨、电池级球形氧化钴2000吨,充分利用废电池中的镍、钴、锰、铝,实现废电池再造电池材料的产业循环。
2019年开始格林美启动钠离子电池材料的技术布局,其技术路线包括普鲁士蓝和层状氧化物,公司产品正与多家下游客户进行认证。
格林美表示,公司镍铁锰钠电前驱体材料技术、层状氧化物结构钠离子电池正极材料技术先后通过中试,快速推进量产开发。
另外,2023年1月3日,格林美投资者互动平台表示,钠离子电池正极材料中所用到的镍钴锰金属原料可通过回收再生获得。
官网:https://www.gem.com.cn/
湖南立方新能源科技有限责任公司创立于2013年11月28日,注册资金6825.68万元。,通过依托国际合作平台,公司依托自有核心技术,与海康威视、科大讯飞、森海塞尔、富士康等多家行业头部客户群达成广泛深入合作,并在2016年成为美国特斯拉和通用汽车研发供应商。
立方新能源在正极材料、电解液和全电池已完成全方位布局。早在2015年,立方新能源开始布局,2016年,获得湖南省科技厅和科技局的大力支持,拿下了湖南省战略新兴产业项目,制备了Ah级软包钠离子电池(普鲁士蓝/硬碳体系),单体能量密度达到120Wh/kg;2017年,实现了10公斤级的普鲁士蓝制备,并且获得普鲁士蓝的专利;2018年,配合南方电网和国家电网,开发了磷酸钒钠体系钠电池;2019年,与美国企业合作,并且获得株洲市重大专项,成立了省级锂/钠离子电池工程技术研究中心;2021年和2022年,申请了层状氧化物材料开发专利,形成了层状氧化物的吨级生产。
2022年4月19日,湖南立方新能源科技有限责任公司(简称“立方新能源”)宣布,由该公司研制的第一代钠离子电池实现量产,抢占新一代储能型电池市场先机。
据了解,立方新能源第一代钠离子电池单体电芯重量能量密度可达140瓦时每千克,常温下充电15分钟电量可达80%以上,在零下20℃低温环境下,仍然可以实现88%以上的放电保持率,同时热稳定性远超国家强制标准的安全要求,在成本、稳定性、安全性、快充、低温性能等方面具有突出优势。
官网: http://www.lifuntech.com/
深圳市寒暑科技新能源有限公司成立于2014年,是一家功能材料服务商,聚焦于为客户提供储能、发热、除醛、抗菌抗病毒等功能性服务。秉承“用科技服务社会,改变人类生活”的使命,公司以自主研发技术为基础,为有发热、除醛、抗菌抗病毒等功能需求的各领域企业赋能。目前,寒暑科技已与中石油、雄韬电源、科陆电子在内的多家上市公司开展技术合作和技术授权。
1月30日,公司完成千万级A轮融资,由本轮融资主要用于水系锌离子器件组装线、层状氧化物&普鲁士蓝正极材料中试线等的升级,以及公司运营费用及流动资金,加速公司在锌离子电池与钠离子电池核心材料的产业化进程。
官网:http://www.cubic-science.com/
6. 贝特瑞新材料集团股份有限公司(股票代码:835185)
贝特瑞新材料集团股份有限公司,成立于2000年8月,隶属于上市企业——中国宝安集团股份有限公司。贝特瑞是一家以技术创新为引领,以技术领先、产品及产业链布局完善、国际与国内主流客户并重为特色,以锂离子电池负极材料、正极材料及石墨烯材料为核心产品,行业地位突出的新能源材料研发与制造商。
贝特瑞的正极产品主要有四类,普鲁士类钠离子正极材料、层状氧化物钠离子正极材料、NCM系列和NCA系列,其中,前两类主要针对钠离子电池市场,后两类主要定位在三元锂电池市场。
中国宝安在互动平台表示,下属子公司贝特瑞有研发可用于钠离子电池的正负极材料。贝特瑞根据市场情况和客户需求安排产能,目前负极、正极材料基本满产。
官网:https://www.btrchina.com/
以上就是小编汇总的国内钠离子电池普鲁士正极材料供应商,您最看好哪家?
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为了更好促进行业人士交流,艾邦搭建有钠电池产业链上下游交流平台,覆盖全产业链,正负极材料,电解液,隔膜,电池包等企业以及各个工艺过程中的设备厂商,欢迎大家申请加入。
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