CIBF交流會(huì)Nathan Mi演講：3M用于電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能的鋰離子電池材料和解決方案
6月20日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦的第十一屆“中國(guó)國(guó)際電池技術(shù)交流會(huì)”在深圳會(huì)展中心開(kāi)幕。本次交流會(huì)以“動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池”為主題，重點(diǎn)關(guān)注了電池應(yīng)用領(lǐng)域。全球50多位電池業(yè)界頂級(jí)專家亮相交流會(huì)并發(fā)表了主題演講，來(lái)自50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的800多名行業(yè)專家、學(xué)者和企業(yè)家與會(huì)。圖為來(lái)自來(lái)自美國(guó)3M公司的Nathan Mi先生在CIBF2014中國(guó)國(guó)際電池技術(shù)交流會(huì)上發(fā)表主題演講。
Nathan Mi：
大家好，首先講一下我們?cè)陔姵匕踩苑矫娴慕鉀Q方案。我們公司的數(shù)據(jù)中心有一種技術(shù)叫靜默式冷卻。把電腦芯片泡在液體里面，芯片的 CPU會(huì)發(fā)熱，發(fā)熱之后會(huì)加熱液體，液體就變成氣體帶走CPU的熱量，就把以前普通的空氣冷卻變成了液態(tài)冷卻。液態(tài)冷卻用的是液體變成氣體的過(guò)程來(lái)蒸發(fā)熱，比普通液體的熱容大的多，所以能夠起到冷卻的作用。這種液體還可以制成先進(jìn)的氣體滅火器，它的優(yōu)點(diǎn)是非常環(huán)保，對(duì)人體無(wú)害，可以用在有人場(chǎng)所，大型的數(shù)據(jù)中心都使用這種滅火器。我們?cè)鲞^(guò)測(cè)試，將點(diǎn)燃的蠟燭放在電腦旁邊，用滅火器去噴，蠟燭馬上熄滅而電腦卻不會(huì)受到損害，之后它的液體會(huì)揮發(fā)，不會(huì)留下任何殘留。
我們的這種液體既是一種很好的制冷劑，也是一種高效的滅火器，已經(jīng)推出市場(chǎng)十年了。我以前是做電池的，所以想把這種技術(shù)應(yīng)用在電池領(lǐng)域。我們做了如下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，我們將18650電池分成兩段組成電池組，對(duì)中間的某一個(gè)電池做針刺實(shí)驗(yàn)，一組電池放在普通的空氣中，另一段電池放在這種液體當(dāng)中，觀察區(qū)別。放在普通空氣當(dāng)中連續(xù)做針刺的電池著火了，泡在我們的液體里面的電池沒(méi)有產(chǎn)生明火，很快就熄滅了，而且溫度很低。在實(shí)驗(yàn)中，浸泡在液體里的電池最高溫度40度，而放在普通空氣中的6顆電池中，溫度最高的一顆達(dá)到678度，電池周邊的兩顆電池也被引燃了。但是當(dāng)把這組電池組浸泡在我們的液體里時(shí)，被針刺的電池溫度下降到了230多度，周圍兩塊沒(méi)有被引燃的下降到了48度和49度。
這種液體是一種高效的滅火器，同時(shí)還是一種高效的冷卻劑。如果把電池浸泡在液體里面，不同的電池發(fā)熱溫度不同，所以電池壽命也不同。由于我們這種液體的存在，使整個(gè)電池組的溫度均勻，對(duì)電池的循環(huán)壽命有幫助。這種液體的沸點(diǎn)是49度，如果電池溫度過(guò)高達(dá)到49度時(shí)，這個(gè)液體就沸騰了，沸騰之后從液態(tài)變成氣態(tài)會(huì)帶走熱量，所以任何一顆電池的最高溫度都不會(huì)超過(guò)49度。電池在低溫情況，我們可以設(shè)置預(yù)加熱，加熱后讓整個(gè)液體的溫度均勻，這樣使電池組在低溫情況下也有改善。
我們希望把這種冷卻技術(shù)和低溫的情況用在電池組里，一是可以控制效率，二是發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)它是高效的滅火器，可以提高安全性。
接下來(lái)講一下我們?cè)谌牧戏矫娴倪M(jìn)展。我們公司很早就開(kāi)始研究三元材料，后續(xù)也在這方面做了很多工作。三元材料有兩種，一種是CS材料，一種是C442材料。下面就這兩種材料分別講一下。
CS材料的設(shè)計(jì)理念是：殼的結(jié)構(gòu)錳含量高一些，因?yàn)楸砻驽i含量高會(huì)對(duì)整個(gè)循環(huán)好；里面核心鎳含量高一些，因?yàn)殄i含量高對(duì)于它的熱隔膜不好。我們希望通過(guò)這種設(shè)計(jì)使材料的循環(huán)性達(dá)到良好的平衡。下面講的是在充放電過(guò)程中電解液氧化的現(xiàn)象，電解液充電曲線終點(diǎn)的偏移反映的是電解液氧化，我們的C442的材料也是看偏移得出材料的穩(wěn)定性。普通的材料電解液氧化很嚴(yán)重，但是對(duì)于CS材料，隨著充放電周數(shù)的增加，得出的變化不大，可以看出這種材料的設(shè)計(jì)對(duì)循環(huán)的穩(wěn)定性有很大好處。還有一些數(shù)據(jù)可以看出對(duì)于普通C442材料來(lái)說(shuō)，變成CS材料之后性能會(huì)降低。
CS材料設(shè)計(jì)理念是負(fù)鎳和負(fù)錳材料結(jié)合的過(guò)程。C442材料的設(shè)計(jì)理念是它里面是普通的C442材料，而外面是一種惰性的沒(méi)有電化學(xué)活性的包裹層。普通的C442材料的活性和充放電曲線沒(méi)有很大的變化。由此可見(jiàn)，C442材料有很好的循環(huán)性能。我們美國(guó)的同事根據(jù)一些計(jì)算得出，C442材料跟CS材料在能量密度和價(jià)格方面都有可比性，但他在算電池材料成本時(shí)只算了正極和負(fù)極的活性材料成本，沒(méi)有算其他任何成分成本，在這種情況下，C442材料和NCA基本上是有可比性的。
負(fù)鎳和負(fù)鋰的CS材料的循環(huán)和穩(wěn)定性很好。對(duì)于核心結(jié)構(gòu)是C442，外形有一層惰性包裹層的C442材料的循環(huán)性能好，NCA的價(jià)格在能量性能上有可比性。這兩種我們都申請(qǐng)了專利，希望以后有機(jī)會(huì)跟大家進(jìn)一步合作。
下面講的是我們的核心負(fù)極，我們研究了大概十年時(shí)間。核心負(fù)極是把一些無(wú)定性小顆粒的負(fù)極和活性與非活性的顆粒組合在一起形成的，這樣可以盡量減少材料的比較面積，控制它的膨脹，它的顆粒度有幾個(gè)微米。通過(guò)觀察充放電曲線可以發(fā)現(xiàn)，普通的充放電是不重合的，但是我們這種V6、V7的負(fù)極材料的充放電曲線重合的非常好，BQ和BV同樣如此。我們做成18650電池的負(fù)極材料，可以看到充放電在500多的時(shí)候它可以達(dá)到70%左右。
以上是我今天講的內(nèi)容，分別是我們的液體用在電池組里面可能會(huì)提高電池的整體安全性；第二是正極材料，兩種新型的三元材料；第三部分是核心負(fù)極。
謝謝大家！
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