6月20日,由中国化学与物理电源行业协会主办的第十一届“中国国际电池技术交流会”在深圳会展中心开幕。本次交流会以“动力电池和储能电池”为主题,重点关注了电池应用领域。全球50多位电池业界顶级专家亮相交流会并发表了主题演讲,来自50多个国家和地区的800多名行业专家、学者和企业家与会。图为来自巴斯夫公司的Ralph Wise先生在CIBF2014中国国际电池技术交流会上发表主题演讲。
Ralph Wise:
大家早上好,我是BASF电解质部门的全球总监。我将介绍一下关于BASF高端消费产品中先进电池材料的一些内容。BASF的做法与其他企业不太一样,我们用的是正极材料和电解质,我们先要了解材料表面的化学反应,再利用这些化学物质提高产品性能,这是我们在在电池材料方面比较创新的地方。
我们使用复合材料来提高性能,因为电解质和正极材料在一起可以维护电池寿命。我将先给大家介绍一下我们在电解质方面的研发情况,然后给大家讲一下复合材料的方法,我们的高压复合材料的材质非常有特色。
先向大家简单介绍一下我们的企业。我们在全球有很多分公司。在总部有一家研发中心来服务我们全球的客户。在美国和德国均有制造中心。我们在日本有一家电解质研发中心,目前在苏州有一部分研发人员,苏州的电解质生产在全球都有市场。我们在美国路易斯安那有一家制造工厂,也是为了服务于我们全球的客户。
我们只生产电池材料,不生产外壳。我们希望电压非常清晰,所以要了解电池是怎么样工作的,这点对于我们来说非常重要,因为我们要设计电池。如何了解这些新材料,并找出新的方法来结合这些高压材料使它们的性能更好,这是我们所关注的。
几个月前曾有人向我指出,如何保证高压车载电池的高性能和安全性能。我们使用汽车进行实验,测试这些材料的稳定性。我们产品的清单,跟以前很相似。普通的材料像三元材料和镍,可按照1:1:1的比例混合,或4:2:4的比例或5:2:3的比例混合,另外8:1:1的高比例。一旦有了新的进展就可以将它进行商业化。我们现在有新的研究项目,我们知道电解质板对于电池的续航能力非常重要,所以我们希望使用普通的商业材料和正极材料,以一种新的研发方式制造电池。我们现在所使用的NCM和普通的NCM容量相比高很多,所以我们会继续在这方面进行研究,因为这种材料在正极板中扮演着重要的角色。
客户会问我们为什么要研究高压电池呢?我们必须要保证我们在未来成为赢家,我们要让大家知道在应用方面使用这样材料是非常有意义的。我们发现HV尖晶石有更好的能量密度,可以把它和高功率的正极结合起来。我们现在在研究如何将它进行应用,比如在静止蓄电的工具上如何使用。我们的HV尖晶石的比容量大概是143A/kg,在一次充放电之后不可逆的容量损耗不到4%,所以我们认为这种HV尖晶石将会是一种有效、高效的产品。
让我们再来了解一下高压电解质的重要性。在3.5V~4.9V高压、25摄氏度的条件下,100次循环之后我们的损耗仅仅不到2%。造成这一现象的原因有很多,表面材料是重要原因之一。我们的系统在不断改进,高压系统也在不断改进,所以我们可以和客户一起研发这样的材质。
对于尖晶石材料下一步的发展而言,我们对化学材料非常关注,因此希望通过进行表面处理,包括物理处理和化学处理来使这些材质保持更高的稳定性。另外,我们希望看到气体的形成,当使用更高的压力时,尖晶石材料的气体形成不太一样,所以我们要了解在这样的反应过程当中如何配比电解质材料,使得在高压情况下气体的形成可以得到更好的控制。如果将这种过程进行大规模的商用,那么必须了解如何测量气体,以及如何提高材质的性能。
我们的研发团队不仅研究这些材质,而且还研究如何把这些电解质用不同的方法放到一起。我们的目标不是给大家看很好的图表,而是让整个系统相互连接,因为这是一个整体,我们想让大家看到我们如何提高能量密度,降低温度。例如,负极可能会提高表面膜片的稳定性,如果我们使用NCM这种材料,在高压的情况下就需要高的能量密度。在这方面我们有非常大的优势,那就是我们一直在研究化学技术,有很多的化学技术可以使用,我们可以通过了解化学性能,并与新技术结合起来,来提高电池性能。同样安全性也非常重要,很多人从物质角度去提高安全性能,比如隔火材料、塑化剂、塑料等。在电解质方面可能有一些易燃的材质,要考虑放进电池的材料除了考虑它的寿命,还有它的防火性和安全性。所以,我们讲的是在低温的情况下怎样提高它的热稳定性。在电解质中加入添加剂能够提高材料的电阻,这将是个好方法。
在零下25摄氏度的条件下,提高电压时应用这种材料,且加入一种添加剂可以得到一种性能。LiPF6这里会有一种转化。我们要研究的是金属怎样使用化学方法避免溶解,怎样保证电解质在高压的情况下依然稳定。我们再看一下不同的化合物中如何保护正极,以及正极的膜片的变化。你会发现在某一区域内一旦出现高压,膜片就会断。如果使用VC,就会带来很大的问题。我们需要研发一些添加剂,让膜片变得更加稳定。我们在这里加入的添加剂叫做A97,我们发现加入了A97之后,即使是在高压的情况下电流也非常稳定,从锂离子进入之后到离开之前都非常稳定。这样做的原因是因为它的性能非常好。
通过实验我们还发现,加入A97之后,材料的循环性有所改善,而加入253这种添加剂后,分子的结构也发生了变化,因此我们可以从这几方面更好地优化这些性能。比如,当材料具有较高电阻时,通过A97可以消除高电阻,避免在一开始循环就产生很高的电阻。
总之,我们结合各种材料的特性,使用多种方法配比电解质当中的各种化学物质,并通过这些化学物质来改进我们的电池。以上是我今天的演讲内容。
谢谢大家。
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