刘锴:硅碳复合负极材料与锂离子动力电池

时间:2015-12-30 14:25来源:中国电池联盟 作者:西顾
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       各位同仁大家好,上次我们已经讲了硅碳复合负极材料,我们有几家生产商,上次也讲过这个事情,我回顾的意思是这样的,在1998年的时候,日本开始考虑负极加入硅,国内要求金属硅直接粉碎,研磨到两百个纳米左右,这个成本大概是多少,研磨下来接近80万到100万吨,价格非常贵,D50就是分子量分母非常宽,根本就不均匀,不均匀以后加入石墨出现一个问题,硅在充放电的时候容易膨胀,是30%左右,后来考虑到硅和碳都是一个族的,碳有的结构,硅也有,碳有石墨烯,硅也有硅烯,我们讲的它有所谓的二维材料,98年那个时候他们最开始也是用金属硅加进去,后来发现膨胀太厉害了,后来考虑其他的,特斯拉定制电池是3400毫安,我们国内做到3000的很少,基本是1800到2000,福斯特是120万支,只做1800毫安,包括容量都很小,我个人认为造成了资源的浪费。
 
        电池负极材料生产商这么多家,都是以石墨为主,我们和日本合作,他提出不用金属硅,在这个基础上大家开始研发,做了2500次实验,逐渐发现硅有特殊结构,理论容量是在6000毫安时,接近石墨的20倍,我们实验结果大概是3000到3300毫安时,也就是能做出十倍左右的石墨的负极材料。我们当时研发基本上完成的时候这个事情就结束了,我就回国,主要搞工艺维护,这个事情就没有再继续做。
 
         到2011年,有人跟我提出来,问我怎么样,按照我自己的理解,我觉得它有一个好处随时充随时换,但是国内的工艺有一个问题,电池的含水量都比日本高,石墨还是没有做好,你要说大家做这个硅,大家不会把这个东西用好,我当时持否定态度,但是那个人特别喜欢研究,说能不能给他做一个,如果你能理解,我就把我整个实验室拉到你的店里,当着你的面做一遍,你看明白了说明你是我的基因,如果你看不明白,你以后帮我找一个投资,把这个东西就给产业化。陈博士也是抱着测试的一个态度,我们也没有想到他后来很激动。我到他那儿就做了两公斤,我说你做多少,两条思路,一条所有的东西都改,因为他的机器也不太好用,后期也是有不少问题,我说成熟的工艺别改,加5%到10%,另外用我的硅碳做一个,按照一千毫安每克,再按三千设计一个,然后试一下。
 
         做完了以后,因为做这个需要的时间很长,三个月以后,12年后半夜打电话,说的确是3300毫安怎么样,我说不可能,然后问他测试情况,做的是不错,但是循环寿命不是很好,含水量也是有问题,水对锂电池循环影响也是最大的,说做5,国内机器做不到5,如果负极5,正极材料不变的情况下,整个电池的体积就会缩小,又问我价格怎么办,一吨九万块,硅烯制作成本多少,按半吨的话一万五千块,韩国人拿了你的东西仿,明年我的价格下降一半,我们都下降一半的话,国内电池的厂家都死完了。比亚迪跟我要,给了五公斤,那天打电话给我撤下来三千,肯定比石墨好,我最低测的是2280,最高3300,你再问就没有意义了,我给郭总也寄了五公斤,不知道验证了没有,也给了邓文浩,这个在18650测试效果非常好,能量密度低,衰减特别快,它是橄榄石结构,回来的时候回不到原来位置,这个时候有了硅以后把橄榄石结构撑住,它不塌陷,锂还能回到原来位置,这个时候防止它出现尘土,现在在验证阶段,从上次我们讲过这个事情以后,到现在为止给大家样品测试,验证下来的结果三千毫安时每克,基本上不用考虑了,绝对是这样的,剩下主要考虑你的工艺,怎么样去配合,细分有两种,一个是不改变原来的工艺,5%到10%,好多小厂都验证了很高兴,提高30%容量,这件事情已经都验证完了。陈博士让我做一吨,我说我这个一次就做一公斤,那我得一千次,当初也有两个院士找我看,我说看懂了没关系,你要是复制不了,找个机会合作。我现在把配方给你,你合成它,至少做五百次实验,那就是两年,所以有的时候大家不太了解,你能做,别人不能做。
 
        如果这个东西要生产了,做硅碳就是三千,这个是这些公司14年上半年市场占有率,这是紫宸,它是人造石墨,这个没有什么意思,这个活是脏活,现在做这个的越来越多,紫宸卖的好。国外是日立化成,三菱化学,JFE化学、东海碳素等,我们现在这样的情况,做了一个很漂亮的动力电池,如果是我的负极达到三千毫安时每科,可以做到一千瓦时每升,看你有没有勇气改,包括比亚迪在内,我说就等你的老板有没有雄心壮志,有没有决策力,把这个事情改了,其他东西都不用改,现在达到一千瓦时每升,我告诉你现在的车立刻做到跑一千,你说几分钟充好不可能,一般都是慢充,要达到快充的话结构要做一些改变。
 
        硅烯,硅笼,但是你得把它提出来,它能吸收很多,它的好处是什么,可以把好多东西吸进去再放出来,这两天他们做什么材料,一摩尔硅笼和四摩尔氢,我现在的财力已经不能支持它。这是扫描电镜下的硅烯结构,这个是在5ц的下面做的,实际上是球状的。这个是硅微粉和硅烯复合材料的对比,讲一下硅烯测的结果,比亚迪惠州厂、ATL宁德厂等都做了。极片含水量280,测下来什么问题没有,最大的问题水太多了,循环有问题。我说必须干到40,这是做的几个循环效率,首效94%没问题,81.6%,这个大家都做了。当时做安全动力电池66穿刺实验也没有问题。
 
        我们做这个东西解决一个问题就是电池均衡问题,每个电池都不一样容量,这是日本松下的工厂,误差都在千分之一范围内,我们国家在1%、3%,电池做的哪一个都不一样,你说BMS均衡,你说要写多少编程,你要从物理上就要解决这个问题。第二图部,好多电池炸,比亚迪炸了,什么炸了,图完了拆了,就是发热点上,这个就是铁锹,就是机器加工的铁,这个点就是电池爆炸的罪魁祸首,当时就把电池拆完,这个虽然有看不到,但是在好多电池厂发生过,这个具有普遍性,一看是机器加工下来的铁锹,这个是经常会发生的。但是我们在做电池的时候,必须避免这个东西。
 
        电池在搅拌的时候有微气泡,后来去德国因为了德国的脱泡系统,它这个太科学了,把微气泡压在铜体,搞不出来,德国是双罐系统,下边有一个搅拌,两个罐都是真空管,这个下边出来经过一个帘,在抽真空的时候,气泡就在帘上,它就很快把这个气泡抽走了。再经过搅拌,这个就到涂布去了,这种叫双罐除气泡系统非常科学,可以100%的把里面的空气除掉。
 
        另外做了一个实验,空气重新被吸收进去,吸到罐里边是多长时间,我们测完12个小时也达不到,我们充完泡了在空气放着,这个可以完全做到。还有锂电池干燥效率,速度提高80到100米的速度。我们去德国跟他们进行半个月的交流,这是他们的设计,这是他们的流道设计,这是模头(音)设计,这个是当场做的也可以看一下,美国EBA做的头,号称很好,但是误差正负27%,德国是多少,正负1%,什么概念?根本不在一个数量级上,我们锂电池要做好,你的均衡程度和涂布能力、涂布精度是绝对相关的。
 
        这是德国和三菱模头的对比,三菱最高的内压达到两个八,德国可以达到十个八,十个八的压力可以做高速涂布,现在速度只有20米到30米,做到50米很难,德国做到80米是没有问题的。这个是one for all,调浆料可以任何黏度调。我们把这个结构给了麦科(音),华为发了一个快速充电的消息,我们充电过程当中是电磁波的传播过程,电磁波是有形状的,我要在印刷的时候可以节省30%的充电时间,我们测试一下是30%,但是再多可能要改材料了,现在只是改变印刷,基本可以做到这一条。这个东西叫狄拉克锥,是导致目前快速充电的根本原因,你要做这个都可以达到,如果不做它,你做的那个就不是。这个是全部验证过的,这是个录像,用蒸镀的办法,容量也提高了。
 
 

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