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從底層創新出發,看新材料技術在鋰電產業的應用創新機會|創·享 CGC-XView

文章來源:   發布日期:2023-03-17

在下一代生產力綻放的早期、前沿技術工業化的非共識階段,新材料行業將作為技術和行業創新的重要基石。 我們希望打開更多對話,通過線上主題係列活動,邀請行業大咖在科研前沿、產業革新、創業投資等各方麵進行思想交流,觀點碰撞,互相激發。 

近日,華創資本和北京化工大學新材料校友會(籌)聯合主辦 「 創·享」新材料專場 ① ,與大家線上見麵暢聊。此次活動將由華創資本投資人張誌超博士對話來自豪鵬科技有限公司研究院副院長胡大林博士、江蘇杉元科技有限公司創始人&總經理孫培育博士、清華大學核研院鋰離子電池實驗室教授級高級工程師劉建紅博士,一起討論 “從底層創新出發,看新材料技術在鋰電產業的應用創新機會” 。      

本文摘取了當天直播部分精彩內容,分享如下:           

Outline: 

中美在鈉離子電池的研究角度對比;

高能量密度電池體係研究;

電池析鋰探測技術研究;

鋰電池導電劑(石墨烯/碳納米管等新型碳材料)市場的現狀與發展前景;

電池用高分子材料 (油性/水性粘合劑:PVDF、聚丙烯酸、聚丙烯腈類;分散劑;幹法電極用:PTFE 等)

鋰電池負極材料(矽基負極、石墨負極);

下一代鈉電高容量負極材料:磷;

特殊應用場景的痛點,新材料如何做定向的開發;

固態電池的前景。

張誌超:歡迎大家來到華創資本舉辦的創·享活動。今天的分享,我們請來了材料領域的資深專家。請各位先自我介紹下,你們關注哪些機會?

劉建紅: wolaiziqinghuadaxuehenengyuxinnengyuanjishuyanjiuyuanxueyuan,chulezuohenengxiangguandeyanjiu,haihuishejidaoercidianyuanfangmiandeyanjiu。womenketizuzailidianyanjiudelishibijiaochang,wozhuyaozuoyixiexinjishuchanyehuadegongzuo。 

孫培育: 我本科就讀於北京化工大學,畢業後加入了東麗公司,工作期間獲得了上海交通大學博士學位。2004~2016年一直在東麗公司從事碳材料在新能源領域、高分子複合材料領域的技術工作。2017 年,我加入杉杉做石墨烯材料的項目孵化和產業化,孵化了兩家公司。目前專注在其中的“杉元科技”公司,主要專注石墨烯等納米碳材料等在新能源方向的應用。 

胡大林: 我和孫總是北化工高分子材料係的同學,在中科院化學所讀博,畢業之後先到 ATL 工作,之後在華為待過3年,在杉杉做了一年的正極材料,2018年加入豪鵬科技。在豪鵬我負責整個電池研發,主要是鋰電池的研發,包括消費端、動力、小動力以及儲能,對整個電芯研發我都比較熟悉。 

張誌超:正極、負極或者輔材,都很重要。整個鋰電產業發展到今天,有幾個方向值得關注,第一,高能量密度;第二,高安全性;第三,快充效果;第四,成本。第一個話題跟胡博士請教,在高能量密度電池技術上,從你入行到今天,發生了哪些變化?  

胡大林: 在電池裏麵,首先一定是能量密度,其次是安全、快充。 

從能量密度看,可以分幾個維度。首先是消費類電池,目前整個體係遇到了比較大的瓶頸。我入行的時候,用的是 FSN(複合人造石墨),這是一款非常經典的材料,比容量340 毫安時每克,壓實密度1.55,目前我們在量產的已經到1.8了,往前推的是1.82、1.83,上限可能就1.85。石墨體係上可走的路已經不多了,下一步基本上已經明確,會有少量的矽。小米、OPPO 已yi經jing發fa布bu了le一yi些xie矽gui碳tan電dian池chi,但dan是shi材cai料liao裏li麵mian用yong的de量liang很hen少shao,且qie電dian池chi本ben身shen發fa布bu的de量liang也ye很hen少shao。所suo有you人ren都dou認ren為wei矽gui肯ken定ding是shi要yao用yong,但dan目mu前qian從cong消xiao費fei類lei維wei度du來lai說shuo,10%以內的矽在軟包電池都很難用,因為它的膨脹基本上比石墨大了2~3%,超出了目前10%的膨脹規格。另外,成本也很高,能量密度加3~5%,成本卻有20%~50%的增加。如果是氧化亞矽,也有同樣的問題。在消費類維度,矽肯定要用,但是目前還沒有找到特別靠譜的矽。在動力維度,鎳8係已經比較成熟了,鎳9係目前正在開發,還有比較大的空間。 

所以,矽在動力裏麵還好,基本上以硬殼為主,而且它有個模組,比較適合用,但是在消費類產品裏比較困難。          

張誌超:想和劉博士請教一下,雖然有很好的能量密度,但是如膨脹等問題一直沒辦法解決,你怎麼看?  

劉建紅: 從我2003年入行開始,能量密度每隔幾年就有一個很大的提升。 

剛(gang)才(cai)胡(hu)博(bo)提(ti)到(dao)高(gao)壓(ya)實(shi)的(de)石(shi)墨(mo)材(cai)料(liao),從(cong)終(zhong)端(duan)的(de)應(ying)用(yong)角(jiao)度(du),體(ti)積(ji)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)跟(gen)質(zhi)量(liang)是(shi)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)兩(liang)個(ge)概(gai)念(nian)。終(zhong)端(duan)應(ying)用(yong)中(zhong),體(ti)積(ji)的(de)密(mi)度(du)在(zai)很(hen)多(duo)場(chang)景(jing)中(zhong),是(shi)更(geng)重(zhong)要(yao)的(de)。這(zhe)方(fang)麵(mian),以(yi)前(qian)產(chan)業(ye)界(jie)關(guan)注(zhu)得(de)多(duo),學(xue)術(shu)界(jie)關(guan)注(zhu)得(de)少(shao)。 最近5年(nian),學(xue)界(jie)也(ye)逐(zhu)步(bu)發(fa)現(xian)到(dao)了(le),要(yao)提(ti)升(sheng)體(ti)積(ji)能(neng)量(liang)密(mi)度(du),除(chu)了(le)工(gong)藝(yi)上(shang)的(de)修(xiu)修(xiu)補(bu)補(bu),核(he)心(xin)還(hai)是(shi)得(de)靠(kao)材(cai)料(liao)。但(dan)是(shi),似(si)乎(hu)沒(mei)有(you)一(yi)個(ge)高(gao)容(rong)量(liang)的(de)材(cai)料(liao)能(neng)躲(duo)過(guo)體(ti)積(ji)膨(peng)脹(zhang)的(de)問(wen)題(ti)。 

材料的層麵,從早期的矽、manmandaoguiyang,huozheguiheguiyangdefuhe。yixieqiyezuolejiegoushangdeyouhua,xueshushangyoutongzhutideyanjiu。danrenghennanconggenyuanshangjiejuezhuanhuafanyingsuodailaidetijibianhua。zuijinzhefangmianzuodebijiaoduode,shijiezhuyixieduokongdejiegoulaigaijinpengzhang。yingyongxiaoguobijiaohaodeanli,baokuoliudianji、磷負極材料。 

電極對於企業來講比較容易實施,還帶動了特殊粘合劑的應用。之前我做300 瓦時/每公斤產品開發,接觸聚丙烯酸(PAA)粘合劑時,發現它跟常用的丁苯橡膠(SBR)等有很大的區別。 

gaonengliangmidudefazhan,daidonglecailiaojishudejinbu,baokuoyixiedianjicengmiandejinbu。gaonengliangmidudianchidetishengguocheng,jiushibutingdikongzhitadetijipengzhangdejishufazhanguocheng。       

孫培育: weiraogaonengliangmidu,guishigebijiaohaodexuanze。xianjieduan,yixieshimoleicailiaoheguileihuozheyaguileidecailiaozuofuhe,dedaoleshizhanzhongyongdefujicailiao。muqianfujicailiaoguidetianjiazai10%以(yi)內(nei)。當(dang)然(ran)過(guo)程(cheng)中(zhong)還(hai)有(you)一(yi)些(xie)問(wen)題(ti)需(xu)要(yao)解(jie)決(jue),包(bao)括(kuo)抑(yi)製(zhi)膨(peng)脹(zhang)。目(mu)前(qian)石(shi)墨(mo)烯(xi)是(shi)不(bu)太(tai)可(ke)能(neng)作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)單(dan)獨(du)的(de)負(fu)極(ji)材(cai)料(liao)用(yong),它(ta)可(ke)以(yi)對(dui)負(fu)極(ji)材(cai)料(liao)進(jin)行(xing)改(gai)性(xing)或(huo)包(bao)覆(fu)使(shi)用(yong),抑(yi)製(zhi)膨(peng)脹(zhang)、增加導電。 

矽基負極兩條路線,一條是納米矽,一條是氧化亞矽,目前後者運用得更多。 納米矽一般需要跟高壓實負極石墨進行匹配使用。 

chuantongderenzaoshimo,kerongliangtishenghekuaichongtishengyibanshimaodunde。chuantongderenzaoshimoyibanyongliqingbaofuhoushaoyixia,kuaichongbeilvxingnengshangqule,danshikerongliangxialaile;或者克容量上去一點,但是快充又下來;它們不太可兼容。有一種方案是通過石墨烯包覆改性石墨負極,添加零點幾(1% 以內),使得負極快充性能提升的同時,克容量也稍有提升,至少保證克容量不掉的情況下,快充得到提升。 

張誌超:在導電的添加劑中,現在有看到比較前沿的發展趨勢嗎?導電劑是否也有類似於動力或者消費類的區分,還是比較容易統一?

孫培育: 作為導電劑應用,在正極極片當中,容量全部都是由主材,如活性材料磷酸鐵鋰、三元材料貢獻,主材的 loading 是個關注點,通過使用高端導電劑如碳納米管、石墨烯,使得輔材包括導電劑的添加量下降、包括聚偏氟乙烯(PVDF)膠的添加量下降,從而使得主料 loading 上去,可間接提升能量密度。 

目前,石墨烯、碳納米管都是以漿料的形式(統稱為導電漿料,也包括石墨烯/碳納米管複合導電漿料)銷售給電池廠/電芯廠,不會像炭黑主要以粉體的形式進行銷售,所以石墨烯、碳納米管一定要把分散、預分散做好,這很重要。 

目前電池的三類應用——動力類、儲能類和數碼類,碳納米管導電漿料、石墨烯複合碳管導電漿料、石墨烯導電漿料在以上領域都已經有批量應用了,特別是磷酸鋰動力電池。據統計2021年石墨烯導電漿料在8%左zuo右you的de市shi占zhan率lv,一yi半ban以yi上shang還hai是shi炭tan黑hei。其qi實shi在zai儲chu能neng領ling域yu,導dao電dian漿jiang料liao包bao括kuo石shi墨mo烯xi複fu合he碳tan納na米mi管guan導dao電dian漿jiang料liao也ye是shi有you廣guang泛fan應ying用yong的de,而er不bu是shi隻zhi用yong碳tan黑hei,特te別bie是shi電dian力li用yong家jia儲chu等deng戶hu用yong儲chu能neng、削峰填穀等電力類有廣泛應用。在3C類電池,包括三元電池、鈷酸鋰電池、甚至錳酸鋰電池的3C類也都有用包括石墨烯複合碳管導電漿料、純碳納米管導電漿料,純石墨烯導電漿料在內的導電漿料,石墨烯複合碳管導電漿料、純石墨烯導電漿料在2019 年都有開始使用。 

剛(gang)才(cai)提(ti)到(dao)的(de)石(shi)墨(mo)烯(xi)作(zuo)為(wei)包(bao)覆(fu)劑(ji),目(mu)前(qian)還(hai)主(zhu)要(yao)是(shi)負(fu)極(ji)材(cai)料(liao)廠(chang)在(zai)開(kai)始(shi)用(yong),主(zhu)要(yao)是(shi)包(bao)覆(fu)矽(gui)負(fu)極(ji)和(he)人(ren)造(zao)石(shi)墨(mo)負(fu)極(ji)。我(wo)們(men)石(shi)墨(mo)烯(xi)包(bao)覆(fu)在(zai)人(ren)造(zao)石(shi)墨(mo)負(fu)極(ji)和(he)矽(gui)負(fu)極(ji)已(yi)經(jing)有(you)批(pi)量(liang)銷(xiao)售(shou)了(le)。 

胡大林: 2022年之前,消費類電池對於成本要求沒那麼高,碳纖維、CNT、石墨烯,都有機會用得進去。但是在動力和儲能類電池,基本上稍微貴一點就沒得談了。 

對於消費類,國內快充發展得比較快,現在10C的產品都已經發布了。但國外,像蘋果為代表的,基本上還是在1.2C、1.3C,2023 年有可能做到1.5C。如ru果guo談tan高gao快kuai充chong,導dao電dian劑ji肯ken定ding加jia得de比bi較jiao多duo。如ru果guo是shi高gao能neng量liang密mi度du,特te別bie是shi消xiao費fei類lei,負fu極ji基ji本ben上shang不bu加jia導dao電dian劑ji,因yin為wei負fu極ji本ben身shen有you一yi些xie碳tan包bao覆fu,正zheng極ji基ji本ben上shang還hai是shiCNT。未(wei)來(lai)石(shi)墨(mo)烯(xi)在(zai)正(zheng)極(ji)材(cai)料(liao)去(qu)做(zuo)包(bao)覆(fu),是(shi)有(you)機(ji)會(hui)的(de),但(dan)要(yao)放(fang)到(dao)電(dian)芯(xin)廠(chang),比(bi)較(jiao)難(nan)。消(xiao)費(fei)類(lei)乃(nai)至(zhi)動(dong)力(li)類(lei)電(dian)池(chi),其(qi)實(shi)都(dou)要(yao)好(hao)好(hao)考(kao)慮(lv),這(zhe)是(shi)個(ge)工(gong)程(cheng)問(wen)題(ti),不(bu)是(shi)學(xue)術(shu)問(wen)題(ti)。 

劉建紅: 我第一次接觸到石墨烯包括 CNT,大概是在2013、14 年,限於成本,用量並不大。當時一些很個性化的產品用到 CNT,後來做300 瓦時/每公斤的產品,開發時如果不用高端的導電劑,很難實現壽命、能量密度、倍率的指標等。那時候,我印象比較深的是用了單壁CNT,效果確實差異比較大,當然價格也很令人震撼。 

孫培育: 單壁CNT 目前在市場端已經開始有批量,就是俄羅斯的 OCSiAl。當然它的價格也很貴,粉體一公斤接近 2~3萬人民幣,相較於多壁CNT 或者 VGCF 貴很多。第一代的 CNT,管徑較粗,幾十納米,導電性跟 VGCF 差不多。CNT 迭代到第二代,管徑在10~20 納米左右,第三代到了5~10納米,後麵達到寡壁的狀態。現階段,多壁CNT 相對於 VGCF 、單壁CNT,成本要低很多。而多壁CNT 的導電性相對 VGCF 是有提升的,代表性的是科創板上市公司天奈科技。 

張誌超:提到單壁CNT,我關注到有一些公司在做。剛才孫博士說杉元也投入相關資源,聽說進展還不錯。但怎麼進一步把成本往下打,是很重要的一個點。

孫培育: 杉元科技是通過另外一種路徑達到單壁相近的導電性,我們不直接做單壁CNT,單壁CNT 的管徑大概1~2 納米。我們預計開發迭代石墨烯到2~3層,也是1~2納米左右,基本上就可以跟單壁CNT 性能相近,而成本大概是單壁CNT 的1/ 10。目前我們已經開發到了第四代石墨烯導電漿料,大概3~4 層。 

石墨烯是從石墨來的,石墨本身是通過大自然力量已經形成C-C六元環,生產過程無需斷裂化學鍵,隻需要破壞層與層之間的物理作用力進行剝離,獲得層狀平麵形態。生成CNT需要將烯烴類氣體的C-H化學健斷裂、C原子再形成C-C六元環,形成納米管形態,H原子形成氫氣逸出。從原理上看,相比石墨烯,生產CNT的能耗應該比較高。 

張誌超:看到一個提法,說單壁CNT 不夠好,雙壁CNT 更好。單壁CNT 出去之後很容易被破壞,超聲或壁斷開之後就不好用,但假設是雙壁CNT,可能外層破壞掉之後沒事,裏層還給充上一個很好的導電效果?

孫培育: 這種觀點可能有一定的道理,但得到完美雙層的CNT難度也不小。我之前工作的公司日企東麗不僅做碳纖維,也做雙壁CNT,但是並不應用在鋰電池,最主要是做透明導電膜。做對比還要基於能夠量產化的,特別是鋰電池,需要很大的量。 

張誌超:接下來咱們圍繞高分子材料在鋰電的應用做個討論。

胡大林: 我先拋磚引玉。目前來看,在動力和儲能類,PVDF 的價格已經降了很多,從2021年最高峰每公斤800多元,到現在100元以內。消費類短期還是用 PVDF,當然會再做一些改性,最主要的目標還是把導電的性能往上提。動力比較有興趣把 PVDF 幹掉,因為動力量非常大,相信儲能也一樣,但我了解得不是很深。 

剛才誌超說到 PAA,PAA 目前兩個主要方向,一個是磷酸鐵鋰,一個是矽。PAA 最大的問題是很脆,做出來的電極加工性本身是有問題的。 

剛才也說到,整個電池在往快充方向發展,無論國內還是國外,國內走得快一些。SBR 基本上不導電,目前大家做得比較多的改進,是把 SBR 硫化、磺化,從而把性能往上提。另外也有一些新的材料在用。 

短期來看,PE隔膜還很難取代。我們目前的隔膜再往下做,就要導入新的材料了,簡單的原材料聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE) 隔膜強度已經很難滿足需求,所以需要新的材料。 

新的材料到底是什麼?目前還看不到。總得來說,PVDF 逐步有退出的可能性,但消費類可能沒那麼快,動力和儲能會比較急。因為消費類,就算600元一公斤,4Ah~5Ah 的電池,也就不到一毛錢。但是在動力或者儲能類,一輛車 50~80 度電,PVDF 的價格占比就不低了。 

孫培育: 高分子材料在鋰電領域應用有三個方向:正極、負極、隔膜。現階段,正極還多是傳統的濕法電極製造工藝,以 NMP 作為溶劑,高分子材料應用主要是 PVDF 用作粘結劑。新方向的話,如果幹法電極工藝成熟,PVDF 粘結劑可能會被幹掉,可能是 PTFE 粘結劑的機會。另外,之前 PVDF 漲價特別厲害,給了其他材料一些可能的機會,比如聚酰亞胺(PI)和 HNBR。2021年下半年,PVDF 價格大幅下降,從 800 多元降到200元左右,PI 和 HNBR 機會應該就比較少了,動力對成本要求比較高的。PI性能可能好一些,但真的做到成本上差不多,有點夠嗆。隔膜方麵,PE/PP 隔膜到 4 微米左右,很難再往下,可能會給芳綸隔膜等一些機會。 

劉建紅: 2022年確實 PVDF 價格漲得特別厲害。PVDF 受包括法律法規等因素影響,擴產受到一些限製,導致成本大幅度地提升。PI 當時有很多企業、高校都在嚐試,我自己也試用了一些知名企業的樣品,但感覺目前看不到能夠應用的可能。PI 的膠本身報價就不低,某些指標可能就 5%、10% 的優勢,對終端尤其產業化應用,吸引力不強。所以,在高校裏如果選擇一些新材料研究開發,沒有50%以上的性能提升就沒有意義,走向量產的機會比較小。 

剛才有觀眾提到羧甲基纖維素(CMC) 單獨做膠的應用,CMC單獨使用的可能性比較小,畢竟它更主要的作用是增稠防沉降。在負極裏,PAA 未來的市場份額可能會逐漸變大。當然有個前提,它的性能、粘貼力確實夠強,未來能把成本迅速降下來。 

gemogangcaiwokandaoyeyouguanzhongtidao。congwojiechudaodeyixieqianyanyanjiulaikan,weilaixindegemo,yaogengduodikaolvgongnenghuazhefangmian,fouzejiuzhinengpinchengbenle。dangrantabushiyigejiandandegemo,fuhelehenduowuzhi。kuaichongshidajiadeyizhonggangxu,qitadongxidouyijingmeishenmegaijinkongjianle,yexugongnengxingdegemohuiyoubijiaodadetuijin。muqiandechengbenhaishitaiguile,gongyiyebijiaofuza。gongnenghuadexinxinggemohaiyouyingyongdekenengxing,zhideguanzhu。 

張誌超:順著高分子,剛才孫博士提到芳綸,芳綸對於穿刺、防火、耐高溫等都有一些好處。請您再具體展開?

孫培育: zheyaoguanzhuyixiadonglizaizhefangmianzuodeyanjiu,tamentuichulefanglungemoxiangguanchanpin,zhegegemolimianmeiyoukong,danshimeiyoukongdeqingkuangxiayenenggongzuo,nenggoutongguoxianglinweidiandeliliziyueqian,erlilizidediandaolvnenggoudadao3乘以10 的-5 次ci方fang,但dan是shi離li子zi電dian導dao率lv還hai是shi稍shao微wei低di了le一yi點dian,如ru果guo能neng繼ji續xu改gai善shan,是shi非fei常chang好hao的de。但dan是shi它ta對dui抑yi製zhi析xi鋰li反fan應ying,有you比bi較jiao好hao的de作zuo用yong。我wo非fei常chang讚zan成cheng劉liu博bo士shi的de觀guan點dian,做zuo一yi些xie功gong能neng化hua的de、使得離子傳導更好、抑製析鋰反應效果明顯的隔膜,還是有機會的。 

張誌超:劉博士在企業和學校都呆過,怎麼看待現在學校和企業的研發思路的差異?

劉建紅: 在企業時,我們主要做車用動力,事先商量好一些檢測手段,經常臨時變更條件,而且要求當天出數據、給反饋。 很多時候產品已經批量銷售一段時間了,再要做功率 map 圖的更新。 因為終端出去之後,需要及時地反饋。 尤其是乘用車,等著植入三電,根本就來不及。 但是當時我們也沒有太好的手段,隻能硬著頭皮或者投入各種烘箱,包括檢測櫃、人員等等。 

來(lai)高(gao)校(xiao)之(zhi)後(hou)有(you)時(shi)間(jian)靜(jing)下(xia)心(xin)來(lai)去(qu)思(si)考(kao),包(bao)括(kuo)跟(gen)老(lao)師(shi)們(men)做(zuo)探(tan)討(tao),做(zuo)過(guo)一(yi)些(xie)實(shi)驗(yan)。通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)電(dian)池(chi)在(zai)大(da)倍(bei)率(lv)的(de)充(chong)電(dian)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong),它(ta)有(you)這(zhe)樣(yang)的(de)一(yi)個(ge)應(ying)力(li),這(zhe)樣(yang)的(de)一(yi)個(ge)過(guo)程(cheng),它(ta)的(de)電(dian)芯(xin)的(de)厚(hou)度(du)是(shi)有(you)非(fei)常(chang)明(ming)顯(xian)的(de)一(yi)個(ge)信(xin)號(hao)反(fan)饋(kui)的(de)。不(bu)光(guang)是(shi)軟(ruan)包(bao),還(hai)有(you)方(fang)殼(ke)電(dian)池(chi)都(dou)可(ke)以(yi)做(zuo)到(dao)探(tan)測(ce)電(dian)壓(ya)的(de)信(xin)號(hao),類(lei)似(si)於(yu)剛(gang)才(cai)胡(hu)博(bo)說(shuo)的(de)放(fang)電(dian)過(guo)程(cheng)。在(zai)靜(jing)置(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong),采(cai)集(ji)電(dian)壓(ya)就(jiu)已(yi)經(jing)可(ke)以(yi)看(kan)得(de)到(dao)了(le)。 

這zhe裏li有you一yi個ge前qian提ti,就jiu電dian壓ya不bu要yao加jia恒heng壓ya充chong電dian,加jia恒heng壓ya充chong電dian本ben身shen就jiu是shi去qu極ji化hua的de過guo程cheng,隻zhi加jia恒heng流liu,一yi停ting下xia來lai,它ta一yi旦dan有you析xi鋰li析xi出chu來lai的de鋰li,在zai靜jing置zhi的de過guo程cheng中zhong,它ta會hui有you一yi個ge回hui嵌qian,就jiu會hui引yin起qi電dian壓ya的de信xin號hao的de變bian化hua,會hui有you一yi個ge小xiao平ping台tai。這zhe個ge電dian壓ya平ping台tai的de出chu現xian,和he析xi鋰li回hui嵌qian的de過guo程cheng是shi相xiang對dui應ying的de,這zhe個ge過guo程cheng跟gen溫wen度du又you有you很hen直zhi接jie的de相xiang關guan。車che企qi很hen多duo時shi候hou包bao括kuo終zhong端duan應ying用yong,因yin為wei想xiang做zuo低di溫wen充chong電dian策ce略lve,比bi如ru你ni提ti供gong了le-20°,人家會問問-15°、-10°、-8°會hui怎zen麼me樣yang?低di溫wen下xia,去qu極ji化hua的de過guo程cheng特te別bie慢man,等deng待dai的de時shi間jian會hui很hen長chang,但dan厚hou度du的de位wei移yi反fan饋kui是shi很hen快kuai的de。所suo以yi當dang時shi我wo們men就jiu發fa現xian把ba這zhe兩liang塊kuai結jie合he起qi來lai,是shi一yi個ge比bi較jiao便bian捷jie和he經jing濟ji的de診zhen斷duan手shou段duan。     

張誌超:聊到離子電池,現在比較熱門的方向是鈉電。假設鈉電也去做高能量密度的方向,有沒有可能在材料上找到突破機會?

劉建紅: 鈉na離li子zi電dian池chi現xian在zai非fei常chang熱re,不bu管guan是shi產chan業ye界jie還hai是shi投tou資zi界jie都dou特te別bie關guan注zhu,尤you其qi最zui近jin一yi兩liang年nian。而er目mu前qian新xin材cai料liao現xian有you的de技ji術shu路lu線xian,鈉na電dian的de負fu極ji主zhu要yao還hai是shi選xuan擇ze硬ying碳tan。之zhi前qian做zuo鋰li電dian的de時shi候hou我wo也ye用yong過guo硬ying碳tan,因yin為wei它ta在zai鋰li電dian行xing業ye有you一yi些xie應ying用yong的de基ji礎chu,活huo性xing炭tan、yingtandeshengchangongyiyexiangduichengshu。nadiannengliangmiduyaojinyibutisheng,tongguotufutishengshikeyide,danshiyingtanrongliangbenjiubugao,batazaitudegaoyidian,yashiyebuda。yingtanfanerchengweiletishengnadiannengliangmidudepingjingzhiyi。 

用磷負極材料解決鈉電的能量密度低的問題,有一定的可行性。對這樣的負極材料,行業研究的曆史也不算短,差不多有15年到20年。國內最早關於磷的專利,大概是2002年用在電池行業裏,2006年清華大學申請了第一篇關於紅磷的負極材料專利。磷用在電池上,可以大幅度地提高電池的體積、能量密度。鋰電行業裏,我們做過一些全電池的測試,包括一些測算,提升 20%~30% 問題不大,在鈉電上提升得更多了,因為它的容量確實很高。當然,磷不能直接使用,需要做材料的優化。在鈉電上提升40%~80% 以上都是有可能的,電極層麵上已經得到了驗證。 

磷材料很有意思,基本上鋰電、鈉電、鉀電通吃,不像矽隻能跟鋰形成合金,磷跟鋰、鈉、鉀jia都dou可ke以yi形xing成cheng合he金jin化hua反fan應ying。磷lin跟gen鈉na化hua之zhi後hou,它ta的de平ping台tai電dian壓ya跟gen硬ying碳tan儲chu納na的de平ping均jun電dian壓ya相xiang近jin,但dan是shi容rong量liang有you大da幅fu度du的de提ti升sheng。所suo以yi,磷lin負fu極ji材cai料liao是shi值zhi得de關guan注zhu的de下xia一yi代dai新xin型xing負fu極ji材cai料liao。 

孫培育: 圍繞著鈉電正極材料產業化目前主要有三條技術路徑:層狀金屬氧化物、juyinlizihuahewuhepulushilei。muqian,guoneicengzhuangyanghuawudechanyehuakuaiyixie,houliangzhemanyixie。congtigaonengliangmidujiaodulaishuo,chulezhucai,fucaifangmianshibushikeyixiangbanfa?birutigao loading,降低輔材的用量等。 

胡大林: 我(wo)覺(jiao)得(de)最(zui)大(da)的(de)問(wen)題(ti)還(hai)是(shi)在(zai)負(fu)極(ji)材(cai)料(liao),目(mu)前(qian)硬(ying)碳(tan)在(zai)鈉(na)離(li)子(zi)負(fu)極(ji)材(cai)料(liao)中(zhong)占(zhan)據(ju)主(zhu)要(yao)地(di)位(wei)。但(dan)整(zheng)個(ge)業(ye)內(nei),還(hai)沒(mei)有(you)一(yi)個(ge)很(hen)靠(kao)譜(pu)的(de)硬(ying)碳(tan)材(cai)料(liao)出(chu)來(lai)。可(ke)能(neng)山(shan)西(xi)有(you)幾(ji)家(jia)在(zai)生(sheng)產(chan),但(dan)還(hai)沒(mei)有(you)到(dao)市(shi)場(chang)銷(xiao)售(shou),目(mu)前(qian)我(wo)收(shou)集(ji)到(dao)的(de)消(xiao)息(xi),硬(ying)碳(tan)基(ji)本(ben)上(shang)不(bu)太(tai)好(hao)拿(na)。主(zhu)流(liu)的(de)生(sheng)產(chan)方(fang)案(an)還(hai)是(shi)生(sheng)物(wu)質(zhi),比(bi)如(ru)甘(gan)蔗(zhe)、花生殼等等,目前最主要的問題——產量的穩定性還沒有突破。另外就是價格很高,別說20、30 萬噸,現在硬碳連千噸或者萬噸級都還沒有達到。這是一個很大的瓶頸。 

大家都知道硬碳好用,但是硬碳的量上不來,也穩定不了。如果用生物質,那麼天氣等因素不穩定,比如雨水今年多一點、明年少一點,當然可以用大棚種植,把溫濕度控製好,但成本如何控製?大規模使用現在還搞不定。 

目前負極是最大的問題,尤其是硬碳的穩定生產,如果解決不了,談其他都比較虛。如果能突破,下一步就可以突破能量密度、高(gao)低(di)溫(wen)循(xun)環(huan)等(deng)性(xing)能(neng),對(dui)產(chan)業(ye)來(lai)說(shuo),這(zhe)些(xie)都(dou)得(de)一(yi)步(bu)一(yi)步(bu)來(lai)。剛(gang)劉(liu)博(bo)士(shi)談(tan)到(dao)磷(lin),如(ru)果(guo)磷(lin)能(neng)夠(gou)用(yong)得(de)上(shang)來(lai),我(wo)覺(jiao)得(de)也(ye)蠻(man)有(you)機(ji)會(hui),因(yin)為(wei)國(guo)內(nei)肯(ken)定(ding)不(bu)缺(que)磷(lin)。 

提問: 各ge位wei博bo士shi好hao,我wo們men是shi一yi家jia儲chu能neng出chu海hai公gong司si,做zuo的de是shi家jia庭ting儲chu能neng和he戶hu外wai儲chu能neng場chang景jing的de移yi動dong電dian源yuan。在zai解jie決jue出chu海hai的de家jia儲chu和he戶hu外wai儲chu能neng的de場chang景jing需xu求qiu中zhong,發fa現xian有you一yi些xie痛tong點dian是shi沒mei有you解jie決jue的de。一yi個ge例li子zi,在zai家jia庭ting儲chu能neng的de場chang景jing下xia,國guo外wai特te斯si拉la的de Power Wall,做得非常好,但用戶在安裝使用的過程當中,體驗不是特別好。第一,電池材料的體積和重量的問題比較大;第二,成本;第三,接入分布式的光伏、太陽能板,需要承受極高的電壓。針對特殊應用場景的痛點,新材料如何做定向的開發? 

胡大林: 我(wo)個(ge)人(ren)認(ren)為(wei)目(mu)前(qian)的(de)磷(lin)酸(suan)鐵(tie)鋰(li)化(hua)學(xue)體(ti)係(xi)相(xiang)對(dui)比(bi)較(jiao)好(hao)。未(wei)來(lai)鈉(na)電(dian)如(ru)果(guo)上(shang)得(de)來(lai),會(hui)是(shi)一(yi)個(ge)比(bi)較(jiao)合(he)理(li)的(de)化(hua)學(xue)體(ti)係(xi)。鋰(li)電(dian)與(yu)鐵(tie)鋰(li)去(qu)比(bi)較(jiao),體(ti)積(ji)和(he)重(zhong)量(liang)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)都(dou)沒(mei)有(you)優(you)勢(shi)。特(te)斯(si)拉(la)電(dian)池(chi)一(yi)直(zhi)用(yong)的(de)都(dou)是(shi)21700鋰li電dian池chi,短duan期qi它ta會hui切qie磷lin酸suan鐵tie鋰li電dian池chi。從cong長chang循xun環huan的de維wei度du尤you其qi是shi戶hu儲chu長chang循xun環huan,三san元yuan材cai料liao是shi解jie決jue不bu了le的de。鋰li金jin屬shu先xian不bu說shuo材cai料liao成cheng本ben,製zhi造zao成cheng本ben都dou還hai很hen貴gui。另ling外wai,鋰li枝zhi晶jing目mu前qian沒mei有you一yi個ge很hen好hao的de解jie決jue方fang案an。目mu前qian業ye內nei的de看kan法fa,5~10 年之後,固態電池才有可能性。如果隻看性能、長循環維度,三年內還是磷酸鐵鋰。 

就算磷或者硬碳能解決,三年之後鈉電上來,它的體積、能量密度還是比鐵鋰差,可能隻有鐵鋰的50%~60%。所以,短期沒有更好的方案。 

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