Dominik Samuelis：用于鋰離子電池的Porocarb Lion碳功能添加劑
5月23日，CIBF2018 第十三屆中國(guó)國(guó)際電池技術(shù)交流會(huì)展覽會(huì)在深圳會(huì)展中心開(kāi)幕。德國(guó)賀利氏電池技術(shù)有限公司Dominik Samuelis在技術(shù)交流會(huì)上發(fā)表主題演講。以下是演講正文：
我叫Dominik Samuelis，我是在德國(guó)的賀利氏電池企業(yè)工作，我們?cè)谌蛞话俣鄠€(gè)國(guó)家都有布局，我們是家族企業(yè)，有160年的歷史，我們有1.23萬(wàn)名雇員。在演講當(dāng)中我將聚焦在碳功能的添加劑。
大家可以優(yōu)化鋰電池，我們可以提高能量密度，同時(shí)還可以增加電解質(zhì)的負(fù)載，我們還有像分散的限制等等方面的問(wèn)題，我們可以提高電池的電壓，現(xiàn)在這個(gè)問(wèn)題是4.5V或者以上，它總是讓我們經(jīng)常來(lái)考慮這樣的問(wèn)題，這方面是比較的具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)檫@里涉及到電解液的穩(wěn)定性問(wèn)題以及碳添加劑的穩(wěn)定性問(wèn)題，要做這個(gè)東西不是特別容易的事情。我們要選擇很好的材料，這兩天我們聽(tīng)到了很多的樣品，大家提到了NMC622還有611，他們有循環(huán)壽命的問(wèn)題，這是富鎳材料的正極材料，還有硅負(fù)極材料，現(xiàn)在還要控制它的擴(kuò)散情況，這樣的話能夠使它的硅負(fù)極材料變得循環(huán)壽命更加好，現(xiàn)在有兩方面我們做得不是特別好，現(xiàn)在還有811，很多人還是在用硅，除了提高能量密度還有很多要做的東西。提高電解質(zhì)的負(fù)載，還有能量密度，也許這種技術(shù)對(duì)你來(lái)說(shuō)大家沒(méi)有太多聽(tīng)過(guò)。我們要考慮到能量的密度，從擴(kuò)散的角度來(lái)說(shuō)，也許它的應(yīng)用情況并不是特別好。
Porocarb像孔隙的碳功能的添加劑，從這個(gè)名字可以猜到大概是什么意思。是非凝聚顆粒的材料，它在制備工藝當(dāng)中有很多優(yōu)異，可以降低溶劑的量15%，同時(shí)在正負(fù)極添加，有很多性能的優(yōu)越性，我們可以提高離子的運(yùn)導(dǎo)，也可以提高電子的性能，還可以在低溫的效能也可以提高，同時(shí)我們?cè)谕繚{部分，各個(gè)方面的性能可以做得更好，包括干燥方面都可以做得很好。有更好的電解質(zhì)吸收，還有活性材料的使用進(jìn)一步提高。
鋰電池行業(yè)要匹配不同的顆粒，我們的配方有正極材料是有90%的活性材料，NMC111的密度情況是3.0或者3.2，然后上升情況下，孔隙是少于20%，那么你就真的進(jìn)入離子運(yùn)導(dǎo)的缺陷當(dāng)中，我們看一下3.5的情況，我們有著非常好的性能，如果我們從3.0到3.5變化的過(guò)程當(dāng)中，可以看到孔隙降低到13%，這樣會(huì)有擴(kuò)散的限制。這是正極的3.5，這方面可以提高它的容量密度。用我們的產(chǎn)品Porocarb可以提高容量密度。
首先介紹一下Porocarb，在電極當(dāng)中的孔隙情況，還有濾泵和深色泵的情況，我們可以替代3%重量的碳黑，用Porocarb來(lái)進(jìn)行替代。我們有44%Porocarb的孔隙情況，我可以說(shuō)這個(gè)質(zhì)量非常好，孔隙的滲透情況也很好，沒(méi)有擴(kuò)散的限制性，同時(shí)又著快速的浸潤(rùn)情況。上次提到碳納米管，也提到碳黑，我們看一下碳黑100-300納米，我們的單粒是1-10微米，然后Porocarb的孔隙是100-300納米，大家可以看到，對(duì)于碳黑的離子有過(guò)于擴(kuò)散或者是擴(kuò)散不夠的情況，可能會(huì)有凝結(jié)的情況，或者是有糾纏的情況，所以這里在碳黑的制備工藝中有很多的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。這就是我們碳黑的制備。
這是非常窄的孔隙，這是它的典型結(jié)構(gòu)，這是在電極的幅度，大概是100-300納米。1-10微米的單粒，我們Porocarb的氣孔是100-300納米，它對(duì)于這個(gè)界面進(jìn)行開(kāi)放。如果我們把電解質(zhì)放進(jìn)去，我們剛才說(shuō)1-10微米的情況，如果這個(gè)離子在電解質(zhì)中小于1納米，我們就可以看到它的擴(kuò)散情況以及離子的通道可能是非?？?，可以迅速的滲透到碳黑當(dāng)中，我們可以看到碳黑很快就釋放到100-300納米，這樣運(yùn)轉(zhuǎn)的頻道就是打開(kāi)，因此，我們可以找到一個(gè)非常好的離子的運(yùn)轉(zhuǎn)，我可以說(shuō)這就是它的導(dǎo)電性能是非常好。因此，碳黑和碳黑的CNT是可以作為電解質(zhì)疏運(yùn)的介質(zhì)，這種橫街面的表現(xiàn)，如果看到離子疏運(yùn)過(guò)程中，表現(xiàn)也是很好的。同時(shí)可以在整體電解質(zhì)過(guò)程中也會(huì)有很好的表現(xiàn)。
如果放大，我們可以看它孔隙的情況，我們大概是200-300，主要就是孔隙的情況，它總體的孔隙體積是0.82平方厘米每克，如果看到孔隙之間的網(wǎng)絡(luò)，它在這個(gè)離子當(dāng)中的表現(xiàn)，你可以看到它無(wú)論是在表面還是在整體過(guò)程當(dāng)中，都是非常緊密的聯(lián)系在一起的。這些離子的孔隙的情況，我們可以看到他們這種聯(lián)系率是99.8%，同時(shí)我們?nèi)绻吹剿倪@種孔隙，如果沒(méi)有連接的情況只是小于0.2%，我就可以說(shuō)它的這種技術(shù)應(yīng)用是非常好的結(jié)論。
我之前也說(shuō)過(guò)，我們要去控制整個(gè)離子的體積是非常重要的，我給大家解釋一下為什么它非常具有重要性。首先我們可以制造孔隙的尺寸，你需要首先看到Porocarb的尺寸可以是根據(jù)電極內(nèi)滲透和填充密度進(jìn)行提高，而你看這些PPT上的情況，它可以去到10微米，它的顆子大小可以從10微米一直到1微米，正是由于這是最優(yōu)化的粒子數(shù)量，這可以很好的附著在活性物質(zhì)當(dāng)中。這是Porocarb右邊的圖，你可以看到Porocarb有一些空間，但并不像大家所想象的這方面。如果你可以去把這個(gè)粒子的大小進(jìn)行對(duì)比的話，你就可以得到一個(gè)理想的狀態(tài)，這種狀態(tài)就是Porocarb的孔隙率是非常棒的。
我們確實(shí)有Porocarb的材料，這是非常典型的材料。比方說(shuō)10-12微米這樣的比較合適適合你生產(chǎn)的選擇。哪些我們的選擇可以買這些粉末，這些干粉是無(wú)團(tuán)聚的干粉，可以很容易和你的電池進(jìn)行結(jié)合。另外，如果你用其他的方面，它可以減輕潛在的黏合劑遷移，同時(shí)還提供一些漿料的解決方案。所以我們可以把空隙去預(yù)先填充起來(lái)。最近還有碳納米管的材料產(chǎn)品，擴(kuò)散性其實(shí)是比較好，這個(gè)電池表現(xiàn)性能是非常好的。同時(shí)，這個(gè)CNT的選擇可以給到較高的固體含量，而且可以結(jié)合長(zhǎng)程的電導(dǎo)率和功能孔隙率。明天李教授也有這方面的介紹，留給大家一個(gè)懸念，明天可以繼續(xù)聽(tīng)我們這方面的研究結(jié)果。
我們?nèi)绾畏治鲞@個(gè)Porocarb的漿料呢？首先是PVDF會(huì)有些剪切混合，在它的頂部會(huì)有Porocarb，Porocarb是比較大的，能夠讓空隙達(dá)到要求的程度，我們一般都是有1%的Porocarb、3%的碳黑，大家可以看到，這里大概就是這個(gè)成分，再放入活性材料，最后就是把Porocarb進(jìn)行剪切混合?，F(xiàn)在我們需要讓大家注意的是，Porocarb的過(guò)程和完全碳黑的構(gòu)成是非常相似的，唯一的不同是這個(gè)固體含量，那就是Porocarb的固體含量可以是提高3%，同時(shí)你所用的固體也會(huì)比較少。如果你有Porocarb使用的話，可以整體提高電池的固態(tài)含量，其中還沒(méi)有團(tuán)聚粒子。這是我們的能量和功率，它的整體的正極負(fù)載是204克每平方米，它的涂布是3.4克每立方厘米。我們根據(jù)就可以看到有3%的Porocarb，它的表現(xiàn)性能會(huì)更好。另外它的倍率也會(huì)非常好，倍率的提高是20%，如果看另外一個(gè)方面，也有20%能量的增長(zhǎng)和20%功率的增長(zhǎng)。我們?cè)?.8這樣的數(shù)值進(jìn)行檢測(cè)是比較高的。如果你用Porocarb，電池表現(xiàn)會(huì)更好，比加碳黑表現(xiàn)更好，會(huì)有20%的能量提升或者20%的功率提升。
這是我們的產(chǎn)品介紹（PPT），我們所有的產(chǎn)品系列，有403，是我非常推薦的產(chǎn)品，它大概是10-12微米，如果想要其他的選擇，可以給大家選擇。比方說(shuō)看一下410產(chǎn)品，它的電子導(dǎo)電性和比容量都非常高。我們有很多的產(chǎn)品供大家進(jìn)行選擇。我想和大家說(shuō)的是用Porocarb這樣的產(chǎn)品，不僅僅是可以去增強(qiáng)整個(gè)電池的表現(xiàn)，同時(shí)還會(huì)為客戶帶來(lái)更多的益處，能夠有更高的性價(jià)比。
如果大家想更多了解我們的產(chǎn)品，請(qǐng)?jiān)诮Y(jié)束之后和我進(jìn)行溝通或者來(lái)到我們的展位，我們?cè)谡刮坏却蠹业墓馀R。謝謝大家！
主持人：非常感謝。大家有沒(méi)有什么問(wèn)題想要進(jìn)行交流？
提問(wèn)：我有兩個(gè)問(wèn)題，孔隙，一個(gè)是有機(jī)械方面的力量，它會(huì)不會(huì)摧毀孔隙呢？
Dominik Samuelis：我覺(jué)得Porocarb在整體過(guò)程中還是非常穩(wěn)定的，即使是這個(gè)密度很高，也不會(huì)產(chǎn)生你所擔(dān)心的問(wèn)題。在整個(gè)的過(guò)程當(dāng)中，你在最后一步才加入Porocarb的混合，如果你用20或者是30分鐘，可能會(huì)和一些活性物質(zhì)有些混合，但是如果用這種高密度的，這種孔隙還是張開(kāi)的，是非常好的狀態(tài)，也是我們非常理想的狀態(tài)。
（根據(jù)速記整理，未經(jīng)嘉賓審閱）
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