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劉鍇：硅碳復合負極材料與鋰離子動力電池

時間:2015-12-30 14:25來源:中國電池聯盟作者:西顧

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各位同仁大家好，上次我們已經講了硅碳復合負極材料，我們有幾家生產商，上次也講過這個事情，我回顧的意思是這樣的，在1998年的時候，日本開始考慮負極加入硅，國內要求金屬硅直接粉碎，研磨到兩百個納米左右，這個成本大概是多少，研磨下來接近80萬到100萬噸，價格非常貴，D50就是分子量分母非常寬，根本就不均勻，不均勻以后加入石墨出現一個問題，硅在充放電的時候容易膨脹，是30%左右，后來考慮到硅和碳都是一個族的，碳有的結構，硅也有，碳有石墨烯，硅也有硅烯，我們講的它有所謂的二維材料，98年那個時候他們最開始也是用金屬硅加進去，后來發(fā)現膨脹太厲害了，后來考慮其他的，特斯拉定制電池是3400毫安，我們國內做到3000的很少，基本是1800到2000，福斯特是120萬支，只做1800毫安，包括容量都很小，我個人認為造成了資源的浪費。

電池負極材料生產商這么多家，都是以石墨為主，我們和日本合作，他提出不用金屬硅，在這個基礎上大家開始研發(fā)，做了2500次實驗，逐漸發(fā)現硅有特殊結構，理論容量是在6000毫安時，接近石墨的20倍，我們實驗結果大概是3000到3300毫安時，也就是能做出十倍左右的石墨的負極材料。我們當時研發(fā)基本上完成的時候這個事情就結束了，我就回國，主要搞工藝維護，這個事情就沒有再繼續(xù)做。

到2011年，有人跟我提出來，問我怎么樣，按照我自己的理解，我覺得它有一個好處隨時充隨時換，但是國內的工藝有一個問題，電池的含水量都比日本高，石墨還是沒有做好，你要說大家做這個硅，大家不會把這個東西用好，我當時持否定態(tài)度，但是那個人特別喜歡研究，說能不能給他做一個，如果你能理解，我就把我整個實驗室拉到你的店里，當著你的面做一遍，你看明白了說明你是我的基因，如果你看不明白，你以后幫我找一個投資，把這個東西就給產業(yè)化。陳博士也是抱著測試的一個態(tài)度，我們也沒有想到他后來很激動。我到他那兒就做了兩公斤，我說你做多少，兩條思路，一條所有的東西都改，因為他的機器也不太好用，后期也是有不少問題，我說成熟的工藝別改，加5%到10%，另外用我的硅碳做一個，按照一千毫安每克，再按三千設計一個，然后試一下。

做完了以后，因為做這個需要的時間很長，三個月以后，12年后半夜打電話，說的確是3300毫安怎么樣，我說不可能，然后問他測試情況，做的是不錯，但是循環(huán)壽命不是很好，含水量也是有問題，水對鋰電池循環(huán)影響也是最大的，說做5，國內機器做不到5，如果負極5，正極材料不變的情況下，整個電池的體積就會縮小，又問我價格怎么辦，一噸九萬塊，硅烯制作成本多少，按半噸的話一萬五千塊，韓國人拿了你的東西仿，明年我的價格下降一半，我們都下降一半的話，國內電池的廠家都死完了。比亞迪跟我要，給了五公斤，那天打電話給我撤下來三千，肯定比石墨好，我最低測的是2280，最高3300，你再問就沒有意義了，我給郭總也寄了五公斤，不知道驗證了沒有，也給了鄧文浩，這個在18650測試效果非常好，能量密度低，衰減特別快，它是橄欖石結構，回來的時候回不到原來位置，這個時候有了硅以后把橄欖石結構撐住，它不塌陷，鋰還能回到原來位置，這個時候防止它出現塵土，現在在驗證階段，從上次我們講過這個事情以后，到現在為止給大家樣品測試，驗證下來的結果三千毫安時每克，基本上不用考慮了，絕對是這樣的，剩下主要考慮你的工藝，怎么樣去配合，細分有兩種，一個是不改變原來的工藝，5%到10%，好多小廠都驗證了很高興，提高30%容量，這件事情已經都驗證完了。陳博士讓我做一噸，我說我這個一次就做一公斤，那我得一千次，當初也有兩個院士找我看，我說看懂了沒關系，你要是復制不了，找個機會合作。我現在把配方給你，你合成它，至少做五百次實驗，那就是兩年，所以有的時候大家不太了解，你能做，別人不能做。

如果這個東西要生產了，做硅碳就是三千，這個是這些公司14年上半年市場占有率，這是紫宸，它是人造石墨，這個沒有什么意思，這個活是臟活，現在做這個的越來越多，紫宸賣的好。國外是日立化成，三菱化學，JFE化學、東海碳素等，我們現在這樣的情況，做了一個很漂亮的動力電池，如果是我的負極達到三千毫安時每科，可以做到一千瓦時每升，看你有沒有勇氣改，包括比亞迪在內，我說就等你的老板有沒有雄心壯志，有沒有決策力，把這個事情改了，其他東西都不用改，現在達到一千瓦時每升，我告訴你現在的車立刻做到跑一千，你說幾分鐘充好不可能，一般都是慢充，要達到快充的話結構要做一些改變。

硅烯，硅籠，但是你得把它提出來，它能吸收很多，它的好處是什么，可以把好多東西吸進去再放出來，這兩天他們做什么材料，一摩爾硅籠和四摩爾氫，我現在的財力已經不能支持它。這是掃描電鏡下的硅烯結構，這個是在5ц的下面做的，實際上是球狀的。這個是硅微粉和硅烯復合材料的對比，講一下硅烯測的結果，比亞迪惠州廠、ATL寧德廠等都做了。極片含水量280，測下來什么問題沒有，最大的問題水太多了，循環(huán)有問題。我說必須干到40，這是做的幾個循環(huán)效率，首效94%沒問題，81.6%，這個大家都做了。當時做安全動力電池66穿刺實驗也沒有問題。

我們做這個東西解決一個問題就是電池均衡問題，每個電池都不一樣容量，這是日本松下的工廠，誤差都在千分之一范圍內，我們國家在1%、3%，電池做的哪一個都不一樣，你說BMS均衡，你說要寫多少編程，你要從物理上就要解決這個問題。第二圖部，好多電池炸，比亞迪炸了，什么炸了，圖完了拆了，就是發(fā)熱點上，這個就是鐵鍬，就是機器加工的鐵，這個點就是電池爆炸的罪魁禍首，當時就把電池拆完，這個雖然有看不到，但是在好多電池廠發(fā)生過，這個具有普遍性，一看是機器加工下來的鐵鍬，這個是經常會發(fā)生的。但是我們在做電池的時候，必須避免這個東西。

電池在攪拌的時候有微氣泡，后來去德國因為了德國的脫泡系統(tǒng)，它這個太科學了，把微氣泡壓在銅體，搞不出來，德國是雙罐系統(tǒng)，下邊有一個攪拌，兩個罐都是真空管，這個下邊出來經過一個簾，在抽真空的時候，氣泡就在簾上，它就很快把這個氣泡抽走了。再經過攪拌，這個就到涂布去了，這種叫雙罐除氣泡系統(tǒng)非�？茖W，可以100%的把里面的空氣除掉。

另外做了一個實驗，空氣重新被吸收進去，吸到罐里邊是多長時間，我們測完12個小時也達不到，我們充完泡了在空氣放著，這個可以完全做到。還有鋰電池干燥效率，速度提高80到100米的速度。我們去德國跟他們進行半個月的交流，這是他們的設計，這是他們的流道設計，這是模頭（音）設計，這個是當場做的也可以看一下，美國EBA做的頭，號稱很好，但是誤差正負27%，德國是多少，正負1%，什么概念？根本不在一個數量級上，我們鋰電池要做好，你的均衡程度和涂布能力、涂布精度是絕對相關的。

這是德國和三菱模頭的對比，三菱最高的內壓達到兩個八，德國可以達到十個八，十個八的壓力可以做高速涂布，現在速度只有20米到30米，做到50米很難，德國做到80米是沒有問題的。這個是one for all，調漿料可以任何黏度調。我們把這個結構給了麥科（音），華為發(fā)了一個快速充電的消息，我們充電過程當中是電磁波的傳播過程，電磁波是有形狀的，我要在印刷的時候可以節(jié)省30%的充電時間，我們測試一下是30%，但是再多可能要改材料了，現在只是改變印刷，基本可以做到這一條。這個東西叫狄拉克錐，是導致目前快速充電的根本原因，你要做這個都可以達到，如果不做它，你做的那個就不是。這個是全部驗證過的，這是個錄像，用蒸鍍的辦法，容量也提高了。

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