台湾陈韦志：中间相负极材料于动力电池之应用

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台湾陈韦志：中间相负极材料于动力电池之应用

时间:2015-11-16 08:42来源:中国电池网作者:西顾

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11月12日，在2015年第3届中国（武汉）锂电新能源产业国际高峰论坛（ABEC 2015，锂电“达沃斯”）上，台湾中钢碳素化学股份有限公司陈韦志博士发表了题为《中间相负极材料于动力电池之应用》的演讲报告，以下是演讲报告实录：

　　各位嘉宾大家下午好！首先感谢主办单位的邀请，让我们有机会来武汉这个论坛发表演讲。我是来自台湾中钢碳素。公司是研发以及生产中间相负极材料，今天的演讲主题就以“中间相负极材料于动力电池应用”来跟大家做一个报告。

　　首先介绍一下我们公司，中钢碳素，CSCC，中钢碳素在台湾是属于中钢集团的成员之一，公司在1989年成立，在1996年正式启动中间相这个项目，在2002年我们中间相正式量产，到现在十几年的时间。在2013年我们获得了ISOTS16949的认证。在去年我们在常州成立我们的子公司，为国内的客户来服务。

　　我们母公司中钢CSC，在台湾是最大的供应商，研发人员300位以上，员工超过9000人。

　　负极材料生产流程，经过一连串的热处理，萃取、干燥等等过程，会有GP，它是负极材料的前躯体。在产能上，一开始提到我们公司是在2002年正式量产，那时候产能比较小，经过十年来的努力，在2013年产能已经扩充到5000吨，预计在2017年提升到7500吨。我们的产线都是全自动化线，所有生产产品的质量，以及一致性都非常好。

　　我们在江苏常州市成立了子公司，这个公司就完完全全是为了来服务国内的客户，在去年已经开始正式量产。

　　接着简单说明锂电池以及负极材料的市场需求。这份调研是日本调研的，锂电池这几年的需求一直在增长，最大的部分还是在LIB这块，EV这块跟LIB来比差很多，但是它的增长还是非常惊人的，这三年有40%以上的增长。

　　随着这几年锂电池市场需求的增长，负极材料它的需求也是逐年地增加。整体的需求量以负极来看，今年比去年成长32%以上，中间相今年占了13%，将近一万吨。我们乐观预估，明年数量会比这还高。

　　接着介绍一下我们负极材料，这是高倍率的负极材料，以及跟各位分享一下我们客户测试的一些回馈。在产品上，刚才提到从前躯体开始就是我们的产品，碳化之后也会有软碳，石墨化之后，也会有我们的石墨化产品，下面这一块SMGP，FMGP，MG11，这是我们高倍率的产品，所以我们产品从前躯体开始，包括高容量的，高倍率的，我们都有不同的产品给客户不同需求上的应用。

　　在产品的升级上，像FMGP，预计是10微米，容量320克电容量。但是这几年，我们已经往上提升了，容量已经提升到350克电容量，甚至已经往上提升到360，所以容量是非常高，所以非常适合在动力电池上应用。

　　在正式介绍我们产品之前，先来跟各位解释一下什么是中间相的材料，有哪几种特性？首先就是配向性，这份报告是日本的，负极材料是他们所做的一个研究。这个强度比，我们看到0.2跟110测出来的比，这个是要越低越好，从他们研究结果来看，MCMB它在中间相是最好的，它锂离子扩散比较容易。

　　从示意图简单说明一下什么叫配向性？它从上面这个方向进来，因为不是它的通道，所以比较会沉积的问题，锂离子它可以从不同的方向进出，必须不会有锂沉积。所以我们客户在用天然石墨的时候，都会添加中间相。

　　我们也做了不同材料的配向性的测试，在这里以1004/1110，大家可以看一下，从结果看得出来地配向性确实是中间相材料一个独到的地方。大家看左上角这个图，它是人造石墨，它的材料已经变形，几百个孔隙度已经没有了。左下这个图是我们中间相，还是会很清楚地看到每颗的负极材料都保持它原来的特性，空隙度很高，右下角是加入中间相，可以看到完整的球体，如果是看不出来形状，那就是天然石墨。

　　为什么我们的材料不会变形？我们看它CrossSection，右边是天然石墨，有很多空隙，一压的时候就变形了。

　　接着看一下MG11系列，这是我们高倍率的产品，这个D50只有10到11um，FMGP是早期的倍率型产品，容量只有330，现在我们MG11系列，不管是MG11A，MG11N，容量都提到350以上。

　　看它的形态，MG11A、MG11N都是球体。同样的，我们看结构，中间相它也是实心的结构，所以再压它不会变形，AG1它是有空隙在。

　　我们也有用18650这个测试平台来看一下倍率，这里比较的是FMGP跟MG11A，FMGP是早期的产品，是330，MG11A容量已经提升到350，但是在倍率上并没有打折扣。

　　接着跟各位分享一下我们客户的测试以及应用的状况，第一个例子就是PHEV，在5C放电下，我们还维持在98%，日本的大概90%，所以在5C放电，我们高出了8%。但是在7C的放电，我们还维持在95%，但是日本人造石墨只剩下74%，所以在7C放电下我们高出日本材料高出20%，所以是非常独特的。

　　另外低温特性，不管是零下30度还是零下20度，我们材料放电能力都是比日本的人造石墨好。除了低温特性之外，高温性能也是，这里是测60度的储存，包括在维持能力，我们MG11A都比人造石墨好。当然最重要的还是在循环性能上，现在跑到700多循环，我们材料能维持在98%，日本剩下92%，所以这个趋势来看，我们材料要跑到3000多循环是没有问题的。但是在日本材料这个，可能1500次。

　　另外一个应用，EV，这是欧洲的客户，它测试FMGP，从测试结果来看，全充全放还有7400次的循环，循环性能非常好。如果是高倍率，2C充放电也还大于4000次的循环以上。

　　第三个，应用历程，启动电瓶，我们知道最重要的特性是低温的启动，客户用MG11A，测试结果完全符合欧洲的规范。另外是储能，ESS应用，这是在北方的储能要求，低温要求非常高，要在零下40度，客户测试在18650电池，2.6Ah，1.5C放电还可以有90%，所以我们低温系统是相当好。

　　另外一个特点，在这边也要跟大家特别说明一下，我们材料抗PC电解液的特性，我们做电池都知道PC电解液它的低温效果特别好，主要原因就是PC它的熔点是零下48度，沸点也很高，将近240，所以PC电解液它的温度范围是非常广。

　　但是并不是每种材料都有办法使用PC电解液，从这个示意图来看，当锂离子要潜入到石墨层的时候，它会把石墨间距撑开的，所以材料没有PC的话，就会像这个图，一层一层被剥开，当负极材料已经剥开到这个层程度的时候，电池就没办法使用。

　　如何来判断材料、负极材料有没有这些特性，可以从材料的效率来看，FMGP，MG11，MGP等等都是我们的产品，跟人造石墨做比较，如果在没有PC电解液的情况下，效率都很高，但是我们的耐PC效率是相当好的，能够达到80%多，我们的材料在抗PC特性上是有相当好的特性。

　　从充放电曲线，没有PC的电解液跟有PC的电解液在充放电情况下是一样的，所以并不受PC的影响。这是我们日本客户测试我们材料给我们的回馈，我们的MG11A，我们中间相抗PC性能是特别好的。PC电解液对性能有什么影响？用MG11A，大家可以看一下这个图，确实PC电解液对低温性能是有明显帮助的。

　　最后做一个简单的总结，我们要设计一个动力电池所要考量的几个特点，无外乎是电能量，循环寿命，倍率性，还有低温特性。在倍率上，我们有信心我们是最高的，倍率我们已经达到350克电容量，循环7000次以上，低温特性，负40度放电，符合欧洲的规范。

　　我的报告到这里，谢谢各位！

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