11月12日,在2015年第3届中国(武汉)锂电新能源产业国际高峰论坛(ABEC 2015,锂电“达沃斯”)上,台湾中钢碳素化学股份有限公司陈韦志博士发表了题为《中间相负极材料于动力电池之应用》的演讲报告,以下是演讲报告实录。

  陈韦志

台湾中钢碳素化学股份有限公司陈韦志博士

  中国电池杂志-中国电池11月12日讯(陈语 湖北武汉直播报道)11月12日,在2015年第3届中国(武汉)锂电新能源产业国际高峰论坛(ABEC 2015,锂电“达沃斯”)上,台湾中钢碳素化学股份有限公司陈韦志博士发表了题为《中间相负极材料于动力电池之应用》的演讲报告,以下是演讲报告实录:

  各位嘉宾大家下午好!首先感谢主办单位的邀请,让我们有机会来武汉这个论坛发表演讲。我是来自台湾中钢碳素。公司是研发以及生产中间相负极材料,今天的演讲主题就以“中间相负极材料于动力电池应用”来跟大家做一个报告。

  首先介绍一下我们公司,中钢碳素,CSCC,中钢碳素在台湾是属于中钢集团的成员之一,公司在1989年成立,在1996年正式启动中间相这个项目,在2002年我们中间相正式量产,到现在十几年的时间。在2013年我们获得了ISOTS16949的认证。在去年我们在常州成立我们的子公司,为国内的客户来服务。

  我们母公司中钢CSC,在台湾是最大的供应商,研发人员300位以上,员工超过9000人。

  负极材料生产流程,经过一连串的热处理,萃取、干燥等等过程,会有GP,它是负极材料的前躯体。在产能上,一开始提到我们公司是在2002年正式量产,那时候产能比较小,经过十年来的努力,在2013年产能已经扩充到5000吨,预计在2017年提升到7500吨。我们的产线都是全自动化线,所有生产产品的质量,以及一致性都非常好。

  我们在江苏常州市成立了子公司,这个公司就完完全全是为了来服务国内的客户,在去年已经开始正式量产。

  接着简单说明锂电池以及负极材料的市场需求。这份调研是日本调研的,锂电池这几年的需求一直在增长,最大的部分还是在LIB这块,EV这块跟LIB来比差很多,但是它的增长还是非常惊人的,这三年有40%以上的增长。

  随着这几年锂电池市场需求的增长,负极材料它的需求也是逐年地增加。整体的需求量以负极来看,今年比去年成长32%以上,中间相今年占了13%,将近一万吨。我们乐观预估,明年数量会比这还高。

  接着介绍一下我们负极材料,这是高倍率的负极材料,以及跟各位分享一下我们客户测试的一些回馈。在产品上,刚才提到从前躯体开始就是我们的产品,碳化之后也会有软碳,石墨化之后,也会有我们的石墨化产品,下面这一块SMGP,FMGP,MG11,这是我们高倍率的产品,所以我们产品从前躯体开始,包括高容量的,高倍率的,我们都有不同的产品给客户不同需求上的应用。

  在产品的升级上,像FMGP,预计是10微米,容量320克电容量。但是这几年,我们已经往上提升了,容量已经提升到350克电容量,甚至已经往上提升到360,所以容量是非常高,所以非常适合在动力电池上应用。

  在正式介绍我们产品之前,先来跟各位解释一下什么是中间相的材料,有哪几种特性?首先就是配向性,这份报告是日本的,负极材料是他们所做的一个研究。这个强度比,我们看到0.2跟110测出来的比,这个是要越低越好,从他们研究结果来看,MCMB它在中间相是最好的,它锂离子扩散比较容易。

  从示意图简单说明一下什么叫配向性?它从上面这个方向进来,因为不是它的通道,所以比较会沉积的问题,锂离子它可以从不同的方向进出,必须不会有锂沉积。所以我们客户在用天然石墨的时候,都会添加中间相。

  我们也做了不同材料的配向性的测试,在这里以1004/1110,大家可以看一下,从结果看得出来地配向性确实是中间相材料一个独到的地方。大家看左上角这个图,它是人造石墨,它的材料已经变形,几百个孔隙度已经没有了。左下这个图是我们中间相,还是会很清楚地看到每颗的负极材料都保持它原来的特性,空隙度很高,右下角是加入中间相,可以看到完整的球体,如果是看不出来形状,那就是天然石墨。

  为什么我们的材料不会变形?我们看它CrossSection,右边是天然石墨,有很多空隙,一压的时候就变形了。

  接着看一下MG11系列,这是我们高倍率的产品,这个D50只有10到11um,FMGP是早期的倍率型产品,容量只有330,现在我们MG11系列,不管是MG11A,MG11N,容量都提到350以上。

  看它的形态,MG11A、MG11N都是球体。同样的,我们看结构,中间相它也是实心的结构,所以再压它不会变形,AG1它是有空隙在。

  我们也有用18650这个测试平台来看一下倍率,这里比较的是FMGP跟MG11A,FMGP是早期的产品,是330,MG11A容量已经提升到350,但是在倍率上并没有打折扣。

  接着跟各位分享一下我们客户的测试以及应用的状况,第一个例子就是PHEV,在5C放电下,我们还维持在98%,日本的大概90%,所以在5C放电,我们高出了8%。但是在7C的放电,我们还维持在95%,但是日本人造石墨只剩下74%,所以在7C放电下我们高出日本材料高出20%,所以是非常独特的。

  另外低温特性,不管是零下30度还是零下20度,我们材料放电能力都是比日本的人造石墨好。除了低温特性之外,高温性能也是,这里是测60度的储存,包括在维持能力,我们MG11A都比人造石墨好。当然最重要的还是在循环性能上,现在跑到700多循环,我们材料能维持在98%,日本剩下92%,所以这个趋势来看,我们材料要跑到3000多循环是没有问题的。但是在日本材料这个,可能1500次。

  另外一个应用,EV,这是欧洲的客户,它测试FMGP,从测试结果来看,全充全放还有7400次的循环,循环性能非常好。如果是高倍率,2C充放电也还大于4000次的循环以上。

  第三个,应用历程,启动电瓶,我们知道最重要的特性是低温的启动,客户用MG11A,测试结果完全符合欧洲的规范。另外是储能,ESS应用,这是在北方的储能要求,低温要求非常高,要在零下40度,客户测试在18650电池,2.6Ah,1.5C放电还可以有90%,所以我们低温系统是相当好。

  另外一个特点,在这边也要跟大家特别说明一下,我们材料抗PC电解液的特性,我们做电池都知道PC电解液它的低温效果特别好,主要原因就是PC它的熔点是零下48度,沸点也很高,将近240,所以PC电解液它的温度范围是非常广。

  但是并不是每种材料都有办法使用PC电解液,从这个示意图来看,当锂离子要潜入到石墨层的时候,它会把石墨间距撑开的,所以材料没有PC的话,就会像这个图,一层一层被剥开,当负极材料已经剥开到这个层程度的时候,电池就没办法使用。

  如何来判断材料、负极材料有没有这些特性,可以从材料的效率来看,FMGP,MG11,MGP等等都是我们的产品,跟人造石墨做比较,如果在没有PC电解液的情况下,效率都很高,但是我们的耐PC效率是相当好的,能够达到80%多,我们的材料在抗PC特性上是有相当好的特性。

  从充放电曲线,没有PC的电解液跟有PC的电解液在充放电情况下是一样的,所以并不受PC的影响。这是我们日本客户测试我们材料给我们的回馈,我们的MG11A,我们中间相抗PC性能是特别好的。PC电解液对性能有什么影响?用MG11A,大家可以看一下这个图,确实PC电解液对低温性能是有明显帮助的。

  最后做一个简单的总结,我们要设计一个动力电池所要考量的几个特点,无外乎是电能量,循环寿命,倍率性,还有低温特性。在倍率上,我们有信心我们是最高的,倍率我们已经达到350克电容量,循环7000次以上,低温特性,负40度放电,符合欧洲的规范。

  我的报告到这里,谢谢各位!

  (以上内容根据论坛现场速记整理,未经发言者本人审阅。)

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