鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：417次 | 2022年12月26日
陳韋志：中間相負(fù)極材料于動(dòng)力鋰電池之應(yīng)用
十一月十二日，在2015年第3屆我國(guó)（武漢）鋰電新能源產(chǎn)業(yè)國(guó)際高峰論壇（ABEC2015，鋰電達(dá)沃斯）上，中鋼碳素化學(xué)股份有限公司陳韋志博士發(fā)表了題為《中間相負(fù)極材料于動(dòng)力鋰電池之應(yīng)用》的演講報(bào)告，以下是演講報(bào)告實(shí)錄：
各位嘉賓大家下午好!首先感謝主辦單位的邀請(qǐng)，讓我們有機(jī)會(huì)來(lái)武漢這個(gè)論壇發(fā)表演講。我是來(lái)自中鋼碳素。公司是研發(fā)以及生產(chǎn)中間相負(fù)極材料，今天的演講主題就以中間相負(fù)極材料于動(dòng)力鋰電池應(yīng)用來(lái)跟大家做一個(gè)報(bào)告。
首先介紹一下我們公司，中鋼碳素，CSCC，中鋼碳素在是屬于中鋼集團(tuán)的成員之一，公司在1989年成立，在1996年正式啟動(dòng)中間相這個(gè)項(xiàng)目，在2002年我們中間相正式量產(chǎn)，到現(xiàn)在十幾年的時(shí)間。在2013年我們獲得了ISOTS16949的認(rèn)證。在去年我們?cè)诔Ｖ莩闪⑽覀兊淖庸?，為?guó)內(nèi)的客戶來(lái)服務(wù)。
我們母公司中鋼CSC，在是最大的供應(yīng)商，研發(fā)人員300位以上，員工超過(guò)9000人。
負(fù)極材料生產(chǎn)流程，經(jīng)過(guò)一連串的熱處理，萃取、干燥等等過(guò)程，會(huì)有GP，它是負(fù)極材料的前軀體。在產(chǎn)量上，一開(kāi)始提到我們公司是在2002年正式量產(chǎn)，那時(shí)候產(chǎn)量比較小，經(jīng)過(guò)十年來(lái)的努力，在2013年產(chǎn)量已經(jīng)擴(kuò)充到5000噸，預(yù)計(jì)在2017年提升到7500噸。我們的產(chǎn)線都是全自動(dòng)化線，所有生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，以及一致性都非常好。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
我們?cè)诮K常州市成立了子公司，這個(gè)公司就完完全全是為了來(lái)服務(wù)國(guó)內(nèi)的客戶，在去年已經(jīng)開(kāi)始正式量產(chǎn)。
接著簡(jiǎn)單說(shuō)明鋰電池以及負(fù)極材料的市場(chǎng)需求。這份調(diào)研是日本調(diào)研的，鋰電池這幾年的需求一直在上升，最大的部分還是在LIB這塊，EV這塊跟LIB來(lái)比差很多，但是它的上升還是非常驚人的，這三年有40%以上的上升。
隨著這幾年鋰電池市場(chǎng)需求的上升，負(fù)極材料它的需求也是逐年地新增。整體的需求量以負(fù)極來(lái)看，今年比去年成長(zhǎng)32%以上，中間相今年占了13%，將近一萬(wàn)噸。我們樂(lè)觀預(yù)估，明年數(shù)量會(huì)比這還高。
接著介紹一下我們負(fù)極材料，這是高倍率的負(fù)極材料，以及跟各位分享一下我們客戶測(cè)試的一些回饋。在產(chǎn)品上，剛才提到從前軀體開(kāi)始就是我們的產(chǎn)品，碳化之后也會(huì)有軟碳，石墨化之后，也會(huì)有我們的石墨化產(chǎn)品，下面這一塊SMGP，F(xiàn)MGP，MG11，這是我們高倍率的產(chǎn)品，所以我們產(chǎn)品從前軀體開(kāi)始，包括高容量的，高倍率的，我們都有不同的產(chǎn)品給客戶不同需求上的應(yīng)用。
在產(chǎn)品的升級(jí)上，像FMGP，預(yù)計(jì)是10微米，容量320克電容量。但是這幾年，我們已經(jīng)往上提升了，容量已經(jīng)提升到350克電容量，甚至已經(jīng)往上提升到360，所以容量是非常高，所以非常適合在動(dòng)力鋰電池上應(yīng)用。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
在正式介紹我們產(chǎn)品之前，先來(lái)跟各位解釋一下什么是中間相的材料，有哪幾種特性？首先就是配向性，這份報(bào)告是日本的，負(fù)極材料是他們所做的一個(gè)研究。這個(gè)強(qiáng)度比，我們看到0.2跟110測(cè)出來(lái)的比，這個(gè)是要越低越好，從他們研究結(jié)果來(lái)看，MCMB它在中間相是最好的，它鋰離子擴(kuò)散比較容易。
從示意圖簡(jiǎn)單說(shuō)明一下什么叫配向性？它從上面這個(gè)方向進(jìn)來(lái)，因?yàn)椴皇撬耐ǖ?，所以比較會(huì)沉積的問(wèn)題，鋰離子它可以從不同的方向進(jìn)出，必須不會(huì)有鋰沉積。所以我們客戶在用天然石墨的時(shí)候，都會(huì)添加中間相。
我們也做了不同材料的配向性的測(cè)試，在這里以1004/1110，大家可以看一下，從結(jié)果看得出來(lái)地配向性確實(shí)是中間相材料一個(gè)獨(dú)到的地方。大家看左上角這個(gè)圖，它是人造石墨，它的材料已經(jīng)變形，幾百個(gè)孔隙度已經(jīng)沒(méi)有了。左下這個(gè)圖是我們中間相，還是會(huì)很清楚地看到每顆的負(fù)極材料都保持它原來(lái)的特性，空隙度很高，右下角是加入中間相，可以看到完整的球體，假如是看不出來(lái)形狀，那就是天然石墨。
為何我們的材料不會(huì)變形？我們看它CrossSection，右邊是天然石墨，有很多空隙，一壓的時(shí)候就變形了。
接著看一下MG11系列，這是我們高倍率的產(chǎn)品，這個(gè)D50只有10到11um，F(xiàn)MGP是早期的倍率型產(chǎn)品，容量只有330，現(xiàn)在我們MG11系列，不管是MG11A，MG11N，容量都提到350以上。
看它的形態(tài)，MG11A、MG11N都是球體。同樣的，我們看結(jié)構(gòu)，中間相它也是實(shí)心的結(jié)構(gòu)，所以再壓它不會(huì)變形，AG1它是有空隙在。
我們也有用18650這個(gè)測(cè)試平臺(tái)來(lái)看一下倍率，這里比較的是FMGP跟MG11A，F(xiàn)MGP是早期的產(chǎn)品，是330，MG11A容量已經(jīng)提升到350，但是在倍率上并沒(méi)有打折扣。
接著跟各位分享一下我們客戶的測(cè)試以及應(yīng)用的狀況，第一個(gè)例子就是PHEV，在5C放電下，我們還維持在98%，日本的大概90%，所以在5C放電，我們高出了8%。但是在7C的放電，我們還維持在95%，但是日本人造石墨只剩下74%，所以在7C放電下我們高出日本材料高出20%，所以是非常獨(dú)特的。
另外低溫特性，不管是零下30度還是零下20度，我們材料放電能力都是比日本的人造石墨好。除了低溫特性之外，高溫性能也是，這里是測(cè)60度的儲(chǔ)存，包括在維持能力，我們MG11A都比人造石墨好。當(dāng)然最重要的還是在循環(huán)性能上，現(xiàn)在跑到700多循環(huán)，我們材料能維持在98%，日本剩下92%，所以這個(gè)趨勢(shì)來(lái)看，我們材料要跑到3000多循環(huán)是沒(méi)有問(wèn)題的。但是在日本材料這個(gè)，可能1500次。
另外一個(gè)應(yīng)用，EV，這是歐洲的客戶，它測(cè)試FMGP，從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，全充全放還有7400次的循環(huán)，循環(huán)性能非常好。假如是高倍率，2C充放電也還大于4000次的循環(huán)以上。
第三個(gè)，應(yīng)用歷程，啟動(dòng)電瓶，我們了解最重要的特性是低溫的啟動(dòng)，客戶用MG11A，測(cè)試結(jié)果完全符合歐洲的規(guī)范。另外是儲(chǔ)能，ESS應(yīng)用，這是在北方的儲(chǔ)能要求，低溫要求非常高，要在零下40度，客戶測(cè)試在18650電池，2.6Ah，1.5C放電還可以有90%，所以我們低溫系統(tǒng)是相當(dāng)好。
另外一個(gè)特點(diǎn)，在這邊也要跟大家特別說(shuō)明一下，我們材料抗PC電解液的特性，我們做電池都了解PC電解液它的低溫效果特別好，重要原因就是PC它的熔點(diǎn)是零下48度，沸點(diǎn)也很高，將近240，所以PC電解液它的溫度范圍是非常廣。
但是并不是每種材料都有辦法使用PC電解液，從這個(gè)示意圖來(lái)看，當(dāng)鋰離子要潛入到石墨層的時(shí)候，它會(huì)把石墨間距撐開(kāi)的，所以材料沒(méi)有PC的話，就會(huì)像這個(gè)圖，一層一層被剝開(kāi)，當(dāng)負(fù)極材料已經(jīng)剝開(kāi)到這個(gè)層程度的時(shí)候，電池就沒(méi)辦法使用。
如何來(lái)判斷材料、負(fù)極材料有沒(méi)有這些特性，可以從材料的效率來(lái)看，F(xiàn)MGP，MG11，MGP等等都是我們的產(chǎn)品，跟人造石墨做比較，假如在沒(méi)有PC電解液的情況下，效率都很高，但是我們的耐PC效率是相當(dāng)好的，能夠達(dá)到80%多，我們的材料在抗PC特性上是有相當(dāng)好的特性。
從充放電曲線，沒(méi)有PC的電解液跟有PC的電解液在充放電情況下是相同的，所以并不受PC的影響。這是我們?nèi)毡究蛻魷y(cè)試我們材料給我們的回饋，我們的MG11A，我們中間相抗PC性能是特別好的。PC電解液對(duì)性能有什么影響？用MG11A，大家可以看一下這個(gè)圖，確實(shí)PC電解液對(duì)低溫性能是有明顯幫助的。
最后做一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)，我們要設(shè)計(jì)一個(gè)動(dòng)力鋰電池所要考量的幾個(gè)特點(diǎn)，無(wú)外乎是電能量，循環(huán)壽命，倍率性，還有低溫特性。在倍率上，我們有信心我們是最高的，倍率我們已經(jīng)達(dá)到350克電容量，循環(huán)7000次以上，低溫特性，負(fù)40度放電，符合歐洲的規(guī)范。
我的報(bào)告到這里，謝謝各位!
