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近日,第四届中国动力储能电池技术及材料大会在京隆重举办。深圳市新嘉拓自动化技术有限公司刘锴博士就《硅碳复合负极材料与锂离子动力电池》在会上做报告解析,以下是其演讲实录:
各位同仁大家好,上次我们已经讲了硅碳复合负极材料,我们有几家生产商,上次也讲过这个事情,我回顾的意思是这样的,在1998年的时候,日本开始考虑负极加入硅,国内要求金属硅直接粉碎,研磨到两百个纳米左右,这个成本大概是多少,研磨下来接近80万到100万吨,价格非常贵,D50就是分子量分母非常宽,根本就不均匀,不均匀以后加入石墨出现一个问题,硅在充放电的时候容易膨胀,是30%左右,后来考虑到硅和碳都是一个族的,碳有的结构,硅也有,碳有石墨烯,硅也有硅烯,我们讲的它有所谓的二维材料,98年那个时候他们最开始也是用金属硅加进去,后来发现膨胀太厉害了,后来考虑其他的,特斯拉定制电池是3400毫安,我们国内做到3000的很少,基本是1800到2000,福斯特是120万支,只做1800毫安,包括容量都很小,我个人认为造成了资源的浪费。
电池负极材料生产商这么多家,都是以石墨为主,我们和日本合作,他提出不用金属硅,在这个基础上大家开始研发,做了2500次实验,逐渐发现硅有特殊结构,理论容量是在6000毫安时,接近石墨的20倍,我们实验结果大概是3000到3300毫安时,也就是能做出十倍左右的石墨的负极材料。我们当时研发基本上完成的时候这个事情就结束了,我就回国,主要搞工艺维护,这个事情就没有再继续做。
到2011年,有人跟我提出来,问我怎么样,按照我自己的理解,我觉得它有一个好处随时充随时换,但是国内的工艺有一个问题,电池的含水量都比日本高,石墨还是没有做好,你要说大家做这个硅,大家不会把这个东西用好,我当时持否定态度,但是那个人特别喜欢研究,说能不能给他做一个,如果你能理解,我就把我整个实验室拉到你的店里,当着你的面做一遍,你看明白了说明你是我的基因,如果你看不明白,你以后帮我找一个投资,把这个东西就给产业化。陈博士也是抱着测试的一个态度,我们也没有想到他后来很激动。我到他那儿就做了两公斤,我说你做多少,两条思路,一条所有的东西都改,因为他的机器也不太好用,后期也是有不少问题,我说成熟的工艺别改,加5%到10%,另外用我的硅碳做一个,按照一千毫安每克,再按三千设计一个,然后试一下。
做完了以后,因为做这个需要的时间很长,三个月以后,12年后半夜打电话,说的确是3300毫安怎么样,我说不可能,然后问他测试情况,做的是不错,但是循环寿命不是很好,含水量也是有问题,水对锂电池循环影响也是最大的,说做5,国内机器做不到5,如果负极5,正极材料不变的情况下,整个电池的体积就会缩小,又问我价格怎么办,一吨九万块,硅烯制作成本多少,按半吨的话一万五千块,韩国人拿了你的东西仿,明年我的价格下降一半,我们都下降一半的话,国内电池的厂家都死完了。比亚迪跟我要,给了五公斤,那天打电话给我撤下来三千,肯定比石墨好,我最低测的是2280,最高3300,你再问就没有意义了,我给郭总也寄了五公斤,不知道验证了没有,也给了邓文浩,这个在18650测试效果非常好,能量密度低,衰减特别快,它是橄榄石结构,回来的时候回不到原来位置,这个时候有了硅以后把橄榄石结构撑住,它不塌陷,锂还能回到原来位置,这个时候防止它出现尘土,现在在验证阶段,从上次我们讲过这个事情以后,到现在为止给大家样品测试,验证下来的结果三千毫安时每克,基本上不用考虑了,绝对是这样的,剩下主要考虑你的工艺,怎么样去配合,细分有两种,一个是不改变原来的工艺,5%到10%,好多小厂都验证了很高兴,提高30%容量,这件事情已经都验证完了。陈博士让我做一吨,我说我这个一次就做一公斤,那我得一千次,当初也有两个院士找我看,我说看懂了没关系,你要是复制不了,找个机会合作。我现在把配方给你,你合成它,至少做五百次实验,那就是两年,所以有的时候大家不太了解,你能做,别人不能做。
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