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又添“国”字头荣誉!柔创纳科先进成果获评中国颗粒学会科技进步二等奖
时间:22-08-04

  近日,2022年度中国颗粒学会颗粒学奖正式公布,由复旦大学宁波研究院培育企业——柔创纳科联合柔电科技、江汉大学等多家单位申报的《微纳米颗粒表界面精准调控技术与装备的产业化》成功获评中国颗粒学会科技进步二等奖。

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  据悉,中国颗粒学会由中国科学技术协会批准组建,于1986年11月27日在北京成立。“中国颗粒学会科技进步奖”旨在奖励于颗粒学及其相关领域的基础研究、技术发明和科技攻关中做出突出成果的团体或个人。

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  颗粒学是一门跨学科、多学科和交叉学科的学问,由大量的基础科学和许多相关的应用技术组成,对能源、化工、材料、石油、电力、轻工、冶金、电子、气象、食品、医药、环境和航空等领域的发展有着非常重要的作用。

  从锂电池材料表面包覆提升循环寿命、金属粉末表面包覆实现抗氧化和耐腐蚀,再到工业催化剂表面包覆避免积碳和催化性能衰减、医药包覆实现精准缓释,微纳米颗粒表面包覆改性需求广泛,市场巨大。

  常见的包覆与掺杂技术主要有干法包覆、湿法包覆和气相包覆。其中干湿法是常见粉体包覆改性手段,但是存在包覆不均匀致密、难以实现纳米级别的可控厚度等主要问题。气相包覆效果最好,但是成本高,大批量的粉末包覆实现困难。

  原子层沉积,简称ALD,是一种被广泛用于半导体行业的技术。ALD具有均匀、致密、可控、低温生长等诸多优点。目前的ALD设备一般用于硅片等平面物体的沉积,不适合粉体颗粒表面包覆改性。

  粉末ALD最早研究始于美国科罗拉多大学,并在2013年左右实现了千吨级的产能。国内对于粉体ALD包覆的研究尚处于早期,多数研究机构只能实现克级的包覆。

  柔创纳科曾率先实现了十公斤级别的流化床设备,但是产量仍然偏低,无法连续生产,前驱体利用率低,反应周期长。粉末ALD(原子层沉积)产业化的最大问题是无法实现连续化包覆,生产效率非常低。同时,粉末ALD的前驱体利用率低,导致粉体包覆的生产成本较高。此外还缺乏对粉末ALD生产过程中包覆厚度的在线检测。

  为此,柔创纳科设计并开发了“级进式”空间型ALD粉体包覆设备,利用空间换时间的理念,攻克了千吨级粉体表面纳米级别包覆的技术难题。同时,通过对于前驱体用量的实时在线监控,使前驱体利用率达到95%以上。

  目前该成果已实现了实际应用,包括利用ALD纳米叠层(nanolaminate)技术结合原子层刻蚀(ALE)去除铁硅铝吸波材料表面疏松氧化层并在其表面包覆超薄且均匀致密的纳米叠层包覆层,优化了其耐蚀性和吸波性能;以及基于ALD的精准纳膜包覆掺杂(PNCD)工艺提升了锂电池三元层状正极材料在高电压下的稳定性。

  据悉,本成果已经获得国家专利授权28项,其中,发明专利25项,实用新型专利3项,并成功应用于电池、导热和航空航天等领域,产生了显著的经济、社会和生态效益。

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  宁波柔创纳米科技有限公司成立于2016年10月,由国家级重点人才解明博士团队创办,并落户复旦大学宁波研究院大生态下的重要组成部分——复旦杭州湾科创园。经过研究院多年的培育孵化,创纳科已成长为目前国内唯一可实现进口替代的超级电容器隔膜供应商,也是国内首家生产半固态电池用超薄锂离子导体隔膜的企业,并拥有国际和国内发明专利100余项。

  根据国家实施的“双碳”战略,未来将形成万亿储能市场,其中超级电容市场可达千亿,市场规模巨大。我国超级电容器隔膜长期依赖进口,实现进口替代势在必行、迫在眉睫。而柔创纳科研发制备的超级电容器用纳米纤维隔膜则能够有效缓解国外产品“卡脖子”现象,为国内相关企业提供了可靠的新供货来源,目前已开始批量生产供货。同时公司申报的“超级电容器用纳米纤维隔膜国产化项目”斩获了2020年度中国“科技创新贡献奖”殊荣,成为宁波市当年唯一获得该荣誉的企业。

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  历经多年的测试验证,柔创纳科于2021年7月被中车集团正式列入合格供应商名录,并开始为宁波中车、宁波瞬能、江海股份、广东绿宝石、中船712所等知名企业提供用于超级电容器和特种锂电池的隔膜产品。

  在锂金属固液电池研发方面,柔创纳科与知名企业达成合作,积极推广纳米纤维隔膜在半固态电池领域的应用,目前已进入生产评估阶段。同时公司持续开展轻薄化隔膜、燃料电池用气体交换膜等新隔膜研究,现已成功开发20微米的锂容隔膜,客户第一轮测试完成,反馈正向,后续测试正在稳步进行。

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