三洋：中村宏博士

1、三洋：中村宏博士【主持人：薛嘉漁】謝謝楊先生！下一位有請(qǐng)日本三洋公司過來的中村宏博士。BJSHENZHENCONVENTION&E日本三洋公司中村宏博士：高容量嵌入式化合物在鋰電子電池中的發(fā)展【中村宏】非常感謝來邀請(qǐng)我參加此次論壇，我非常榮幸能夠參加此次論壇。今天我會(huì)跟大家來講一下我們一些基礎(chǔ)的研究，關(guān)于兩個(gè)材料的研究，這兩個(gè)研究可以在較高的電位得到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，來提高陽極材料的容量。第一個(gè)是富鋰的陽極材料，第二個(gè)是通過含鈉層態(tài)交換獲得的陽極材料(PPT)首先我先簡(jiǎn)要地介紹一下我們研究的背景，在市場(chǎng)上的鋰電池基本上是用了鈷酸鋰來做陽極，用石墨做陰極，其中的一個(gè)問題就是怎么樣來提高現(xiàn)在系統(tǒng)的鈷酸

2、鋰鋰電池的容量，甚至是超過現(xiàn)在的容量。我們大家都知道，石墨的容量已經(jīng)接近他里面的容量了，其中一個(gè)方法就是能夠找到一個(gè)新的陰極材料能夠給我們提供更高的容量，比如說鋁陰極。另外一種就是來提高陽極的容量，今天我想從第二個(gè)層面就是提高陽極容量的材料上來講一下這個(gè)問題。這個(gè)PPT總結(jié)了一下能量密度，能量密度的計(jì)算是用產(chǎn)品的容量X平均電位X實(shí)際密度，可以充電到一個(gè)較高的電位，實(shí)際上這種方法是來增加鉆酸鋰和其他一些材料或者是MCL材料的容量，提高他的能源密度。從這個(gè)數(shù)量當(dāng)中我們可以看到把他充到較高電位是一個(gè)其中的方法來增加其中的密度。我跟大家分享的這些數(shù)據(jù)獲得的渠道主要是來使用三個(gè)電極的測(cè)試電池進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)獲

3、得的，另外還有這種鋁的熱風(fēng)膜實(shí)驗(yàn)電池，它的正常容量是600800毫安時(shí)。我先來跟大家介紹一下富鋰陽極材料，可以用這個(gè)公式來寫一下，可以用一些過渡金屬的地方，這是一個(gè)非常典型的公式，經(jīng)常會(huì)標(biāo)成為ICM材料，這個(gè)材料的特征就是他的容量是比較高的，能夠超過200毫安時(shí)每克，可以降低鉆的用量，這樣的話你就可以降低成本。這個(gè)富鋰的材料可以說已經(jīng)得到了很多研究者的大量研究，有些人在位，這是一個(gè)參照的論文，很多的數(shù)據(jù)來自于這個(gè)論文。賽可維博士在上一次的會(huì)議中也參加了，還發(fā)言了。這個(gè)是我們富鋰材料的電話特征，黑色是第一個(gè)循環(huán)，紅色是第二個(gè)循環(huán)，這個(gè)容量是比較大的，是270毫安每克，最初的充電放電效率是比較高的

4、，這種情況下大概是83%。另外一個(gè)特點(diǎn)大家可以看到這里面有很大的差異，就是在第一個(gè)循環(huán)和第二個(gè)循環(huán)的曲線之中有很大的差異的。這個(gè)幻燈片解釋了在文獻(xiàn)當(dāng)中可能的充放電的機(jī)理，對(duì)于這種材料來講這種容量都是來自傳統(tǒng)方法的氧化，將這種富鋰材料進(jìn)行氧化，4.4V的時(shí)候氧氣得到氧化，材料當(dāng)中釋放氧，錳就會(huì)被捕捉。第一次放電之后，容量就可以通過這種氧化的還原反應(yīng)，就是對(duì)于這種過渡金屬的氧化還原反應(yīng)，這種層狀的氧化錳通過這種結(jié)構(gòu)的變化，大家可以看到得到了這樣的一個(gè)材料。這是XRD光譜，原始的情況還有第一次充電、第二次充電、第一次放電、第二次放電光譜的情況，大家可以看一下這個(gè)峰值在這個(gè)地方（PPT），第一個(gè)和第二

5、個(gè)充電的曲線是不一樣的，主要的峰值有點(diǎn)發(fā)生變化，就是第一次和第二次這個(gè)充值的峰值有點(diǎn)向左偏了。第一次放電和第二次放電曲線是基本上一樣的，充電是不一樣的。另外我們也進(jìn)行了XANES光譜的分析，這是通過Spring8，是日本分析的。這是鎳的K線，這是鉆酸的K線，這是第一次充電、第第一次充電、第二次放電，第二次放電我們進(jìn)行了分析，基本上來講這是一個(gè)非常好的鎳和估氧化還原反應(yīng)有很好的可逆性。這是錳的K線光譜，在第一次的這個(gè)地方（PPT）XANES光譜的錳是不可逆性的變化，這是第一次充放電。然后我們又看了一下氧化錳的價(jià)位是“4”這個(gè)地方的光譜我們進(jìn)行了一下分析，然后在這個(gè)地方它可以看一下它是接近于4，充

6、電之后它主要的峰值稍微有點(diǎn)偏移了，這是在第一次充電之后。這就是我們XANES的數(shù)據(jù)，實(shí)際上是支持了我們?cè)谏蟼€(gè)幻燈片里面所討論的充放電的機(jī)理。但是這里面還需要更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析才能更好地來理解這個(gè)材料。我們?cè)賮砜匆幌拢@個(gè)材料的的電化特征，這是不同的對(duì)于種植充電電壓對(duì)于放電容量的影響，如果你想得到比較高的容量250毫安時(shí)的容量的話，可能要使這個(gè)電位到4.6V的情況才能實(shí)現(xiàn)這么高的容量。這個(gè)給大家總結(jié)比較了不同材料的能量密度，比如說鈷酸鋰終止電壓在4.3V，鉆酸鋰終止電壓到4.5V，還有V&C終止電壓是4.5的材料，富鋰給出了我們最大的體積密度還有排放的容量都是最大的，這是因?yàn)樗渌牟牧舷啾扔泻?/p>

7、大的容量。當(dāng)然也有一些缺點(diǎn)，比如說跟其他的材料相比充放電的效率比較低，還有平均的放電的電位也是比較低的。壓實(shí)密度也比其他的要低，因?yàn)檫^渡金屬的問題產(chǎn)生了壓實(shí)密度，這是我們目前需要克服的這些缺陷。這就是我們的鋁復(fù)合薄膜熱壓的這種電池的特性，與前面三個(gè)電極的測(cè)試結(jié)果是一樣的，你們可以看到更高的電容，如果我們是使充電電位更高的話我們得到的容量也就更高，表現(xiàn)出來的還是同樣的電池，他的循環(huán)性能你可以看到他容量的急劇減少、衰減，在頭20次循環(huán)當(dāng)中，大家這個(gè)循環(huán)超過20次之后他這種衰退就減緩了。我們必須要對(duì)這種衰退的機(jī)理進(jìn)行調(diào)查，這是正在進(jìn)行的。下面我要跟大家談一下第二種材料，也就是陽極材料他是通過這種離子

8、交換方式獲得的，這是指那種層級(jí)材料當(dāng)中通過離子交換獲得。這張表給大家表現(xiàn)了量種鉆酸鋰的結(jié)構(gòu)，一個(gè)是三維的鉆酸鋰結(jié)構(gòu)，它叫做氧化鈉結(jié)構(gòu)，這是大家很熟知的，他對(duì)鋰的托嵌，鋰的托嵌會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定達(dá)到60%，他的結(jié)構(gòu)變成不穩(wěn)定了，如果把鋰托嵌的話，在一個(gè)比較高的電位45的地方的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定。還有一個(gè)O2型的鉆酸鋰，這種材料它的結(jié)構(gòu)相對(duì)來說就會(huì)比較穩(wěn)定，鋰托嵌的時(shí)候結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性可以達(dá)到85%，在整個(gè)鋰的容量當(dāng)中來看。因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)是非常穩(wěn)定的，這個(gè)結(jié)果是由氧化鈉通過離子交換來進(jìn)行獲得的。我們獲得這種離子的方法是叫做溶鹽離子交換法，我們這里面有這種過度的含鋰的氧化金屬來獲取這種富鋰過渡金屬，然后我們使

9、用溶鹽，這個(gè)公式當(dāng)中可以看到我們用的是氯化鋰。我們連續(xù)十個(gè)小時(shí)在空氣當(dāng)中工作溫度提高到300度。在這個(gè)離子交換之前，我們的公式在左邊（PPT），在最后一行的左邊，之后經(jīng)過鋰離子的共識(shí)，我們鈉的含量不足0.002的。這張幻燈片給大家顯示出了富鋰三元材料充放電的曲線，我們所的氧化含鋰的過渡金屬。其中一個(gè)，就是第一次充電它的容量低于第一次放電的容量，這是因?yàn)槲覀兊匿嚾笔Щ蛘呤卿嚦嘧值陀凇５俏覀冊(cè)诟哌^245的毫安時(shí)/克的大的放電容量，這個(gè)容量是可以逆轉(zhuǎn)的，我們?cè)诘诙窝h(huán)當(dāng)中又看到這么大的放電容量。我們也進(jìn)行了循環(huán)測(cè)試，這次我們用富鋰三元材料的循環(huán)測(cè)試和鈷酸鋰進(jìn)行比較，我們看一下他們的循環(huán)特性。我們

10、看到，充電的電壓到達(dá)了5V,鉆酸鋰容量衰退得非?？?，但是我們的三元富鋰材料這種容量的維持卻非常好，很穩(wěn)定。這種過渡金屬它經(jīng)歷了初次容量，后面繼續(xù)維持，最后只是衰減5%，但是還能夠維持95%。我剛剛給大家展示了這些富鋰展示了非常大的含量當(dāng)我們充電到4.8V的時(shí)候，我們X的演示圖分析也支持可能的放電的機(jī)理，現(xiàn)在我們也在調(diào)查陽極材料是我們通過含鈉的這種材料當(dāng)中P2類型的來獲得，他可以有很大的放電容量達(dá)到245毫安時(shí)，而且有很好的95%的循環(huán)特性，十次循環(huán)之后還能夠維持，所以我們也找到了這種高能鋰電池的陽極的很好的提高容量的材料。當(dāng)然我們還有一些問題或者是很多的問題我們必須要去解決的，比如說我們?nèi)绾尉S

11、持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這可能是我們現(xiàn)在要解決的最大的問題。這種高壓運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候怎么去維持他的電化學(xué)性，我們想以后還必須要進(jìn)行進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)分析來改善我們材料的性能、充放電的性能，而且要提高他本身的性能，所以我們要努力工作來使這些設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)。非常感謝大家的聆聽?！粳F(xiàn)場(chǎng)提問】您好，我是來自河南的，我們是做電池的正極材料。我的問題是，我們知道三元素確實(shí)比普通的鈷酸鋰可以充到更高的電壓，但是我們知道下一步用電池的企業(yè)尤其是電動(dòng)工具，他們想推動(dòng)這種元素可能有點(diǎn)困難，我不太清楚是不是在日本已經(jīng)允許或者是已經(jīng)有這樣的一種傾向，希望可以允許手機(jī)上的電池可以充到更高的電壓，或者是可以在更高的電壓環(huán)境下工作也是支持的?！?/p>

12、中村宏】首先非常感謝你用日語來問我問題，我想用英語來回答。首先我上面講的這只是一個(gè)有潛在性可以產(chǎn)生高容量的電池，一個(gè)非?；?、一個(gè)非常初步的調(diào)查，當(dāng)然我們的客戶可能不會(huì)接受我們的這些建議，比如說更高的這種充電電壓，因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生很多的問題。就是因?yàn)樵谶@種很高電壓的運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致很多的問題，但是我想我們的客戶也要求我們來研發(fā)一個(gè)非常更高容量的電池，我指的是鋰電池，這是一個(gè)未來的技術(shù)設(shè)想，非常初步的，但是如果我們能夠用新的材料結(jié)合上安全和可靠性，我想我們的客戶或者是你們的客戶就會(huì)接受這種新技術(shù)、這種新材料，但是我想這也也確實(shí)是一種很困難的任務(wù)?！粳F(xiàn)場(chǎng)提問】您剛才說到了一個(gè)很好的未來會(huì)使用的材料。有兩個(gè)問題

13、，第一個(gè)，循環(huán)壽命減少了5080%，主要的原因是什么呢？是因?yàn)殛枠O材料的衰退還是說其他的原因？哪個(gè)是主要要改善的地方？第二個(gè)，這種壓實(shí)的能量密度是多少呢？比如說富鋰材料，我是指這種電極的壓實(shí)密度是多少?！局写搴辍渴紫任蚁牖卮鹨幌碌诙€(gè)問題。真正的密度實(shí)際上是比其他的材料要小的，當(dāng)然這取決于這種壓實(shí)密度。比如說這種不定型或者是他的材料，當(dāng)然也取決于他的這種變形或者是形態(tài)的改變，還有我們剛才說的壓實(shí)密度。如果你想鋰電池的容量高，你就需要更高的復(fù)合材料，我指的電荷的材料。另外一個(gè)問題，我們現(xiàn)在正在投資于解決這些問題，我們還沒有更多地去探討這種高電壓的運(yùn)作，哪一部分是主要引發(fā)這種性能衰退的原因呢？還有這種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性呢？都是我們要討論的主要問題。我想我們現(xiàn)在也在檢查電極它的氧化導(dǎo)致可能會(huì)發(fā)生的事故，還有電解液可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)生的事務(wù)，這也是我們現(xiàn)在要研究的領(lǐng)域?！粳F(xiàn)場(chǎng)提問】非常感謝您的演講，我有兩個(gè)問題。第一，跟電解液有關(guān)的，你用什么樣的電解液呢？因?yàn)槭歉唠妷旱碾娊庖嚎偸菚?huì)產(chǎn)生問題的?！局写搴辍吭谶@里面大家可以看一下（PPT），在這個(gè)檢測(cè)當(dāng)中