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IBF交流会Hanwei Lei演讲

作者:admin  时间:2017-09-15 11:51  人气:

  2、CIBF交流会Hanwei Lei演讲:采用碳材料提升先进锂离子电池及铅酸电池的性能6月20日,由中国化学与物理电源行业协会主办的第十一届“中国国际电池技术交流会”在深圳会展中心开幕。本次交流会以“动力电池和储能电池”为主题,重点关注了电池应用领域。全球50多位电池业界顶级专家亮相交流会并发表了主题演讲,来自50多个国家和地区的800多名行业专家、学者和企业家与会。图为来自美国Cabot Corporation的Hanwei Lei博士在CIBF2014中国国际电池技术交流会上发表主题演讲。

  Hanwei Lei:

  非常高兴在这里分享一下我们在铅酸电池方面的心得,现场大部分是中国听众,但如果外国友人对我们的材料有兴趣,我们会后也可以用英文交流。

  我演讲的内容主要涉及两个方面,一是简要介绍一下Cabot公司,因为我们公司已经有130年的历史了;另外,简要的介绍一下碳材料的两个重要体系,一个是锂离子电池,一个是铅酸电池。我们在铅酸电池方面有很好的发展,近期它的可实现性远远大于锂离子电池。希望我的演讲可以起到抛砖引玉的作用。

  Cabot公司主要生产碳黑,目前在全球占碳黑2/3的市场份额,我们在全球有很多研发基地,遍布20多个国家,去年我们的销售额为35亿多美金。我们的业务分布在四个方面:第一是橡胶轮胎,主要用于汽车行业,每年给工业用汽车轮胎的碳材料超过100万吨。第二是碳材料,包括碳黑、二氧化硅、气象氧化铝和电极材料。第三是钝化处理,Cabot在2012年花10亿美金并购了世界最大的碳公司,所以Cabot现在是世界最大的碳公司。第四个是我们现在是全球最大的彩色打印材料供应商。

  我们在全球做的东西主要分黑与白两个领域,黑就是以碳为主,白就是以气象氧化物为主。碳黑方面我们是全球最大的;气象二氧化硅、气象二氧化铝我们是第二;活性碳我们也是全球第一大公司。Cabot的技术特点非常专注,我们基于粉体材料,来满足用户在不懂粉体材料当中的需求。同时,Cabot在粉体材料的基础上开发了表面修饰技术,意味着可以改变表面的离子碳、非离子碳,给材料应用提升空间。比如彩色色浆的核是一个碳黑,里面是很便宜的东西,通过Cabot的研发,在表面包覆不同材料,呈现蓝色、黄色,类似的技术也可以应用到其他领域。

  说到新能源就会联系到新能源汽车,现在大部分技术都集中在锂离子电池领域,包括以锂电池为主的纯电动汽车。事实上目前电池主要是以普瑞斯镍氢化合物为主。高档的汽车里面实际有一种新型电池,并不是大家所谈到的锂离子电池,而是一种铅酸电池,它涉及到碳材料的应用。

  下面先介绍一下Cabot以锂离子电池为主研发的新型导电添加剂,也称为Litx。锂离子电池的主要特性来自于它基本的原材料,它的正极材料控制着能量和所有最核心的因素。目前使用的导电碳黑选择非常有限,Cabot的思想是了解碳材料在里面的作用,解决方案是什么。来自不同电极体系采用不同活性物质,比如钴酸锂和磷酸铁锂的大小、性能完全不一样,很难用一种导电材料把这些材料的性能发挥到最好,所以我们根据市面上已有的材料进行产品提升,通过分析活性物质的特点发展匹配的碳材料,来提高能量密度和动力性能。介绍一款LITX200产品,它跟市面上所有的碳黑都不一样,比较面不易分散,导电比较好,可以带来更多性能方面的改良。

  如果导电不稳定,体系也不会正常,所以Cabot基于对碳材料的理解,在这方面也做了一些改进。跟市面上提供的不同导电碳黑比,它在所有领域里稳定性都好,可以理解为电解液的负反应比较小,给高能量高电位的区域提供了新材料。通过比较我们的导电碳黑材料和传统的导电碳黑材料在电极、能量和倍率性能上的优劣点,可以发现要把它们相匹配,传统的碳黑需要更多量才能达到相匹配的程度。实际研发过程中我们做了不同碳材料的比较,比如从50到100多,到800多,尤其是通过磷酸铁锂这个体系,因为磷酸铁锂颗粒比较复杂,有大小不一的颗粒,我们发现不同的正极材料对碳材料的需求也不一样。大家谈到对电极性能改进时没有谈到电极材料对电极制造生产有多大影响。

  通过碳材料,我与大家共享我们在这方面的研究,我们的材料的结构比较低,跟传统的导电材料比,如果用相同的配方来做会发现它的黏度比较低。在电极制配过程中黏度非常重要,如果要得到比较好的涂层质量必须把黏度调到正常范围。所以如果使用ITX200就必须使用少量NMP,这在制造方面节省了成本。同时因为NMP的减少固化量提高,从生产效率方面讲也给厂家带来好处,也可以降低制造成本。

  总体来说碳材料不是很显眼,但实际它可以在电极体系里给你带来很多好处。通过Cabot的技术研发、推广这种新产品,首先能带来比较高的稳定性,可以实现更高电位充电电池的研发。这种新产品可以提高电池的循环寿命。第二,也能提供非常好的导电性能,这样就可以提升容量以及改善倍率性能。第三,它能够带来在电极制成和制造方面的新特点。总的来说可以提高生产力,降低成本,而且这个产品也适合水性体系。

  近期在新能源汽车方面铅酸电池是最能跟锂离子抗衡的技术。铅酸电池主要应用在汽车领域,同时通信应用、新能源储存,包括叉车、动力车等方面也有应用,中国现在每年贩售以铅酸电池为主的电动车大概1亿多辆。

  下面谈关于汽车应用领域的新特点,以及对碳材料的要求。大家日常开车等红绿灯时也在消耗原油,但在欧洲碰到红绿灯停车时,发动机是停机的。在中国这种人口密集的地方频繁的启停,每次停车发动机关机的话可以节省5%~10%的能量,这是对新能源发展行之有效得方法之一。如果汽车停了,电池带动音响、空调,电池就会消耗的非常快,在发动机启动时要马上把电池充满,否则第二次、第三次停之后电池就会用尽。

  我们Cabot在负极加一点新型导电碳黑,导电碳黑的特点是能够提高电池的电动效率,同时抑制晶体的增长。从热力性能来讲铅酸电池是不可逆的体系,我们提高它的循环寿命和性能;从动力性能来讲把它做成可逆,那么形成的硫酸铅不导电,晶体很大,所以把它从动力方面的不可逆做成可逆很难。

  我们的导电碳黑跟活性碳相比,在充放电状态下1%的时候就超过了活性碳。在高倍率的部分状态下的提升,可以看到1%的导电碳黑的性能远远超过1%的活性碳,如果活性碳要达到类似效果,添碳量要大大提升。我们的导电碳黑也可以大幅度提升电池循环寿命。因此这种碳黑已被全球领先的厂家在这个领域里面采用了。

  体来说Cabot通过技术,利用碳这种关键材料给新能源解决方案提供新物质,在铅酸电池方面提供了3~4种不同产品,不仅可以改善动力性能,也可以改善它的动力和循环性能,供大家进行选择。

  Cabot凭借130年的历史,可以给全球的供应链提供更多的选择,同时我们与全球顶级的厂家进行合作,根据他们的需求研发新产品,陆陆续续有新产品推到市场上。在铅酸电池这个领域我们推出了0951和1355一系列的产品,来解决关于充电、循环寿命以及启停车的一系列需求。

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