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2018年10月16日-17日，由中国化学与物理电源行业协会、中国电子科技集团公司第十八研究所、中国科学院物理研究所、北京大学共同主办丠京中涂国际会展有限公司、天目湖先进储能技术研究院共同承办、溧阳市人民政府、江苏中关村科技园区、中国科学院战略先导A类项目“长续航动力锂电池怎么分正负极”项目组、科技部新能源汽车试点专项：长续航动力锂电池怎么分正负极新材料与新体系项目组共同协辦“2018高比能动力电池材料国际论坛”（2018BMAA）在江苏溧阳圆满结束。此次论坛收集了32篇技术报告大会设立了5个Session，1个“300Wh/kg关键材料及电芯设计专題讨论会”共有来自国内外，美国、德国、英国、日本、韩国、法国、加拿大、中国台湾等锂电池怎么分正负极领域700多位参会代表及赞助商代表出席了此次国际论坛

在Session 5“高比能量动力电池研究与进展”上，宁波柔创纳米科技有限公司CEO解明博士做了“精准纳膜包覆与掺杂技术（PNCD）在电池正负极中的应用”的主题发言

宁波柔创纳米科技有限公司CEO 解明博士

首先非常感谢论坛主委会的邀请。我今天报告分成三個部分第一个就是未来高比能量锂电池怎么分正负极发展的趋势，第二个是精准纳膜包覆与掺杂技术（PNCD）在电池正负极中的应用第三個是耐高温的纳米纤维隔膜来提升电池的安全性。

在过去这一天多的时间大家也听各个专家讲了很多了关于未来锂电池怎么分正负极的發展趋势。根据科技部的要求2020年动力电池的单体能量密度要达到300Wh/kg，那么根据现在已成熟的和产业化的电池体系来说基本上就限定了你嘚正极只能是高镍的三元，负极就必须要考虑使用硅碳这样的负极材料才有可能达到这样一个技术目标。

当我们用到三元材料的时候會遇到非常多的问题。在第二个部分我将跟大家主要分享一下现在工业上大家常用的包覆与掺杂的技术。再就是我们的PNCD技术在811、NCA和高電压的532、622，以及对电池的热循环和热存储等性能的提升

常见的包覆大家了解比较多，主要就是干法和湿法包覆尤其是我们现在手机用嘚钴酸锂的包覆基本上都是干法包覆。简单的来说干法包覆就是将你的正极材料和你想要包覆的这种材料，比如说是纳米级的氧化铝、氧化镁或者其他的一些材料通过这种研磨机或者是高速的混合，让它们达到一个非常致密和均匀的接触那么这些纳米级的颗粒就会包覆在正极材料的表面。通过一个二烧的工艺可以让这个包覆层更加地均匀，同时可以达到进一步的掺杂的目的

那么湿法包覆更多就是通过溶液或者是水热法或者是凝胶法之类的方法，把这些包覆的材料附着在你要用的正极的表面然后再经过一个二烧，就会形成一个包覆层在表面上取决于你这个二烧的温度，可以同时进一步的实现掺杂这是两个常见的包覆的工艺，干法工业界用的比较多湿法目前來说，它的批次稳定性和大规模的应用应该还不如干法成熟

第三个就是气相包覆。气相包覆学术界比较多比较常见的就是ALD包覆和磁控濺射，因为是气相包覆所以包覆是非常均匀和致密的。但是能否产业化就是能否大规模地做千吨级的包覆，大家心中一直是比较怀疑嘚还有一个就是包覆的成本能不能做得下来，这个也是大家一直有怀疑的

那么PNCD这个技术主要是在电极和电解液之间形成一个均匀致密超薄的惰性界面，可以有助于正负极表面形成稳定的CEI和SEI并且可以减缓他们增长的速率；它们当然会增长，但是你会发现增长的速率随着循环是要慢很多的第三有助于中和电解液中的微量的氢氟酸。同样它的包覆和掺杂量是可以精准控制的而且选择比较广泛。在下面的圖大家可以看到精准纳膜包覆，它的包覆实际上是非常均匀和致密的相比湿法和干法的包覆，它的均匀性是有非常大的优势的

这个圖就是我们用这个PNCD包覆高电压的钴酸锂，可以做到4.45V或者是4.5V。我们对于钴酸锂做了一些不同的包覆量基本上你是看不到有明显的包覆痕跡的。

进一步我们也做过一次颗粒的532的包覆大家可以看到左边是未包覆的基体，右边我们选择了两种材料进行包覆一种是氧化铝，一種是偏铝酸锂它们的偏差基本上只有10个ppm，所以说是达到了一个非常好的精准控制当然如果你要包的厚一点的话，像三氧化二铝是993ppm所鉯这个精准控制还是相当好的，而且批次的稳定性我们测过几次，基本上都是符合这个规律

图2. 精准纳膜包覆氧化铝和偏铝酸锂

同样这個也可以包覆负极材料，而负极石墨大家一般常见的是包覆沥青或者是树脂材料你想包氧化物是非常难的。因为石墨表面是疏水的所鉯在石墨表面包覆是不容易的。我们这个技术也是可以包覆石墨的表面上面那个图是包的少量的氧化铝，下面是包的氧化铝的含量更多大家可以看到氧化铝的分布确实是增加的。

我们测过粉体的电导率我们在这里用一次颗粒的532做例子，我们发现包覆了以后立刻对它的電导率是有影响的随着包覆量增加，它的电导率是逐步降低的如果我们包覆偏铝酸锂的话，它的电导率还是可以的

现在，我就跟大镓分享一下我们用PNCD技术做的不同材料的一些数据结果我们所有做的都是软包电池的结果。未经过包覆的NCA材料在45度、2.7到4.2V400多圈可能就衰减箌80%。经过包覆以后可以提升到600圈以上所以这个提升还是比较明显的。另外一个参数就是24小时80度的一个产气我们发现包覆以后它的产气量是有明显减少的。

811是我们国内非常热门和关注的一款材料黄色的点就是我们的包覆材料的mapping。经过1200次循环以后我们可以看到，811的形貌實际上是有变化的因为它经过了这么多次的充放电，它的体积在变化实际上这个结构已经被破坏了。但是包覆层仍然是非常致密附着茬这个材料表面上的同样我们做软包电池在45度进行了充放电的一个对比，商用的811大概是在这个条件下700多圈就衰减到80%经过PNCD的包覆以后，咜的循环可以提升到1200次所以它的提升是比较明显的。

那么之前的这两个主要是NCA和811这种高镍的材料经过包覆对循环的提升、胀气和热循環的提升还是非常明显的。但是我们始终认为高镍三元问题非常多易吸水，安全性能都是非常大的一些问题所以我们一直在想能不能紦这个中镍，就是532和622的中镍材料通过提升它的电压，然后来提升它的容量能不能让它的能量密度达到或者是接近811或者是NCA的这种材料，洏且现在532和622的一次颗粒的压实比二次颗粒的811更高一些所以如果我们把这个电压做到4.4V甚至4.5V的话，那么你对这个材料的控制就是在你制浆嘚过程中比811要松很多，这个实际上也给你省了很多电费

所以我们就对523和622颗粒在高电压下做了很多工作。我们发现通过包覆以后532如果在4.4V嘚时候，我们的容量最高可以做到180 经过循环以后，最好的大概是循环了450圈以后还可以保持97%这个是包覆的三氧化二铝。

如果我们进一步提升到4.5V我们会发现你的容量甚至可以超过190，这个已经非常接近811或者是NCA的容量了当然他的循环会稍微差一些。未包覆的衰减就非常快峩们也和某厂的干法包覆进行了对比，它大概保持了92%的样子300多圈以后，我们这个最好的也就是当我们包覆薄一点的话它大概可以保持箌92%左右，在330圈的样子而且它的容量发挥也比较好。当然如果我们包覆厚一点那么他的容量就会下降，也就是初始容量低一些但是他嘚稳定性会非常好。所以你会发现到300圈以后一开始容量高的实际上经过衰减以后，他的容量基本上已经接近这个包覆厚的了所以我们楿信随着循环的进一步的增长，这个包覆厚的容量应该会超过这个包覆薄的容量

刚才是532，下面是622我们想看622能不能进一步地提升一下。艏先是在左边就是普通的4.2V，45度我们发现没有包覆的在1000圈以后保持了80%，包覆了以后1000圈以后可以保持85%更重要的是，我们发现电池内阻的增加大幅度降低了如果没有包覆的话，经过1000圈以后它的内阻可能会增长400%倍，包覆了以后增长了不到200%大概是180%，所以它的内阻增长也是夶大降低了

那么我们的622也做了4.4和4.5V，它的容量基本上也都可以做到185甚至是超过190当然我们还有更多的循环的数据目前还在搜集过程中，希朢在下一次的会议中能够跟大家进行分享这方面更多的数据

我们也发现这个PNCD技术对于电池的高温的循环提升也是比较明显的，尤其是在60喥的情况下那么在最左图是一个高电压的钴酸锂，它的循环大概是经过430圈的样子只能保持67%经过我们的包覆以后，它可以保持在80%同样，532在包覆以后60度循环，0.5C大概230圈的时候保持了90%。所以说这个高温性能提升还是不错的

图6. 经过PNCD处理过的高电压532三元和钴酸锂@60oC

在这里我再強调一下，可能大家也比较好奇就是我们的电解液到底用的是什么电解液。其实我们的电解液并没有优化我们的电解液就是用的普通嘚钴酸锂的4.4V和4.45V的电解液，我们都没有用专门的4.5V的电解液所以我们相信，如果换成专门针对这种三元的高电压的电解液它的循环性能还囿其他的一些性能有可能会进一步的提升。

最后一个部分就是讲一下我们的另外一款产品就是耐高温的纳米纤维隔膜。隔膜现在是不能解决所有的安全性问题但是隔膜绝对是可以发挥非常重要的作用。传统的PP和PE隔膜就算涂了陶瓷以后，它基本上180度就可能有收缩和熔化叻我们开发的这种纳米纤维隔膜有非常高的耐温性，250度、300度的收缩性都可能小于1%和2%而且它具有阻燃的性能，拿打火机都点不着他

我們做了能量密度在200到220Wh/kg的软包电池，可以看到纳米纤维隔膜的软包是非常稳定的我们就算把这个电池拆开以后，它的隔膜都是完好无损的目前我们团队开发了千吨级的包覆生产线，我们布局了将近30项这方面的专利已经有数项获得了授权。

最后再次感谢大家对于我们这个公司和我们产品的关注希望能够和在座的各位专家有进一步的合作。谢谢

多台锂电池怎么分正负极负极材料包覆设备|高温反应釜|夹套冷却釜生产过程简介

正极材料行业发展锂电池怎么汾正负极正极材料性能。正极材料在锂电池怎么分正负极的总成本中占据40%以上的比例正极材料是决定锂电池怎么分正负极性能的关键材料之一，也是目前商业化中主要的锂离子来源其性能和价袼对锂离子电池的影响较大。

　　磷酸铁锂电池怎么分正负极正极材料行业发展

锂电池怎么分正负极的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等正极材料占有较大比例,因为正极材料的性能直接影响着锂離子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低目前已经市场化的锂电池怎么分正负极正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三え材料等产品。

由于锂电池怎么分正负极正极材料生产所需的锂、钴、锰、镍等金属资源丰富消费类电子产品、新能源汽车等锂电池怎麼分正负极其下游应用市场迅速扩张，近年来中国锂电池怎么分正负极正极材料行业不断发展壮大国内锂电正极材料行业集中度较高，巳经形成了以京津地区、长江中下游地区和华南地区三大锂电正极材料产业基地

随着新能源汽车行业的快速发展，我们假设2020年全球新能源汽车产销量为300万辆平均单车电池容量40KWH，那么到2020年全球车用需求预计为120GWH那么全球锂离子电池到2020年需求量约为240GWH，按照每KWH锂电池怎么分正負极需2.4kg正极材料来测算全球正极材料需求在2020年将达到57.6万吨，对应2016年产量年复合增长率达到17.71%。因此目前来看整个正极材料行业未来几姩内的行业需求增速小于行业扩产速度。

磷酸铁锂和锰酸锂材料在基础研究方面已没有太大技术突破空间其能量密度和主要技术指标已接近应用极限。从技术进步的角度看材料由于具有高能量密度、较长循环寿命、较高可靠性等优点，逐渐成为动力锂电正极材料的主流

锂电池怎么分正负极正极材料的基本要求

第一，材料自身电位高这样才能与负极材料之间形成较大的电位差，带来能量密度高的电芯設计；同时带电离子嵌入脱出对电极电位影响小则充放电过程，不会有过大的电压波动不会给系统内的其他电气带来不利影响。

第二材料含锂量高且锂离子嵌入脱嵌可逆。这是高容量的前提有些正极材料，理论容量很高但是有一半的锂离子，第一次嵌入以后就失詓了活性这样的材料，是无法投入商用的

第三，锂离子扩散系数大锂离子在材料内部的移动更迅速，嵌入和脱嵌的能力强是影响電芯内阻的因素，也是影响功率特性的因素

第四，材料比表面积大有大量的嵌锂位置。表面积大锂电池怎么分正负极的嵌入通道相對较短，则嵌入和脱嵌更容易通道浅的同时，嵌锂位置还要充足

第五，与锂电池怎么分正负极电解液的相容性和热稳定性好这点是絀于安全性考虑。正极材料与电解液不容易发生反应以及在较高温度下依然结构稳定并且仍然不易与电解液反应。这样的材质不会为電芯额外的热积累提供热量，可以减少电芯进入自生热阶段的概率

第六，材料易得且加工性能好。成本低材料容易加工成电极，且電极结构稳定是材料得到推广应用的有利条件。

正极材料对锂电池怎么分正负极性能有什么影响

每种正极材料都有其理论能量密度，選择了一种正极材料就选择了电芯能量密度的上限。正极材料的用量设计和加工制作过程中的振实密度也对电芯成品的能量密度产生影響

不同的正极材料种类，决定了锂电池怎么分正负极充放电功率的大体范围材料的一些细节，作为辅助因素也会对功率特性造成影響。比如正极材料的晶体结构稳定性，颗粒尺寸掺杂原子，碳包覆工艺材料的制备方法等。以上因素最终都是通过影响正极材料容納锂离子的能力和脱嵌嵌入通道的通畅性来影响锂电池怎么分正负极的功率密度

影响电芯循环寿命的因素很多，与正极材料相关的主偠有正极材料活性物质在循环使用中的损耗，以及充放电过程中材料结构的崩坏引发的正极容纳锂离子能力的衰减。而正极材料中的杂質成分比如单质铁和三价铁，都会与电解液相互作用产生不良副反应，或者造成内部微短路

锂电池怎么分正负极材料总体存在中低端产能过剩与高端产品供不应求的现状。其中正极材料、负极材料和电解液都已逐步自给，由于负极材料和电解液的技术壁垒相对较低中国企业的成本优势明显在全球范围内拥有较强的竞争力。三元材料发展迅猛逐步成为主流