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鋰離子電池水系和油系的分別是什么

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2018年06月01日  

   不管是什么制漿工藝,最終的目的是要把正負(fù)極粉以及導(dǎo)電材料與集流體緊密結(jié)合


  水系--DI水(溶劑),CMC(增稠劑),SBR(粘結(jié)劑)


  油系--NMP(溶劑),PVDF(粘結(jié)劑)


  正極材料多采用油系,雖然內(nèi)阻會(huì)偏大,但是制漿效果好,而且極片致密,同時(shí)也能避免水分的引入產(chǎn)生電池脹氣等等優(yōu)勢(shì)


  水系和油系是針對(duì)負(fù)極來(lái)區(qū)分的。


  水系采用去離子水做溶劑,提高電池安全性,穩(wěn)定性,缺點(diǎn)是粘結(jié)力低


  油溶劑為NMP,粘結(jié)力高,過(guò)程處理麻煩


  是指漿料配制使用的粘合劑,水系一般是LA132,這種在制備漿料過(guò)程中好控制一些;油系是只用有機(jī)體系,NMP為溶劑的粘合劑,這種在制備過(guò)程中需要密閉攪拌,而且有毒。


  水系離子電池,也俗稱(chēng)為鹽水電池。最大的區(qū)別就是把易燃易爆的電解液從有機(jī)項(xiàng)改成鹽水。最前面的這個(gè)能量密度和功率密度通過(guò)這種鹽水電池,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是犧牲了這兩個(gè)特性,你要在一個(gè)電池里面把剛才這些特性全部做到的話(huà)非常具有挑戰(zhàn)。就是說(shuō)基于儲(chǔ)能這么一個(gè)特殊的應(yīng)用,就是說(shuō)不用搬著這個(gè)電池跑來(lái)跑去,我先把這個(gè)能量密度和功率密度如果說(shuō)是用于太陽(yáng)能這種光伏的運(yùn)用,應(yīng)該說(shuō)這個(gè)功率密度也不是非常重要,如果把這兩個(gè)東西暫時(shí)犧牲一下,我比較極致的來(lái)追求安全性、循環(huán)、成本以及可持續(xù)性,就是所謂的回收利用,在材料的選擇上選擇非常低的成本,在工藝上也在一個(gè)比較開(kāi)放的環(huán)境里面,可以低成本的生產(chǎn)。最后就是我們希望這些材料有它的回收價(jià)值,就是收回來(lái)還可以用,它有價(jià)值,不是說(shuō)要花很多錢(qián)、很多成本去回收。就是說(shuō)在早期的設(shè)計(jì)上就做到回收起來(lái)非常容易。這個(gè)水系離子電池也不是憑空冒出來(lái)的一個(gè)東西,也有長(zhǎng)期研發(fā)的歷史,最早可以追溯到1994年。這個(gè)研發(fā)從那個(gè)時(shí)候開(kāi)始就持續(xù)不斷,一直到最近為止都有這個(gè)水系離子電池的研發(fā),但是這個(gè)產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程比較滯后。如果去查鋰離子電池的專(zhuān)利,估計(jì)可以查出上十萬(wàn)件,但是要查這個(gè)水系離子電池的專(zhuān)利的話(huà)還真不多。最早是由于這個(gè)加拿大的著名的鋰離子電池的科學(xué)家申請(qǐng)了這個(gè)方面第一個(gè)專(zhuān)利,是1995年,這個(gè)專(zhuān)利已經(jīng)過(guò)了20年,已經(jīng)過(guò)期了。后面在2005年由復(fù)旦大學(xué)的兩位教授發(fā)了一個(gè)專(zhuān)利,這個(gè)也比較早。接下來(lái)是在美國(guó)的CMU,這個(gè)大學(xué)的教授也發(fā)了專(zhuān)利,在中國(guó)和美國(guó)都申請(qǐng)了專(zhuān)利。這個(gè)大學(xué)的教授得到了比爾蓋茨和KPCB著名的風(fēng)投投資,并在美國(guó)進(jìn)行了水系電池的產(chǎn)業(yè)化。恩力能源是跟復(fù)旦大學(xué)的夏教授、王永剛教授合作,我們現(xiàn)在是一種合作關(guān)系,并在2005年從復(fù)旦大學(xué)獲得獨(dú)家專(zhuān)利,然后開(kāi)始了的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的道路。


  在水系里面要把這個(gè)電池做穩(wěn)定,這里面最大的一個(gè)挑戰(zhàn)就是“水”。有過(guò)電化學(xué)背景的人都了解,這個(gè)超過(guò)了1.23V就要分解,不可能像鋰離子電池一樣做到3.7V或者說(shuō)更高的電壓,它曲線(xiàn)在了你要選擇合適的這種正負(fù)級(jí)材料?,F(xiàn)在市面上所有的這種鉛酸和鎳氫、鎳鐵等等這一類(lèi)的電池廣義上來(lái)說(shuō)也是叫水系電池,反正要么是酸要么是堿,市場(chǎng)上還沒(méi)有在中性水里面的電池,至少還沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化。它的難點(diǎn)是你要在這個(gè)中性的水里面找到電堆,正好卡在這個(gè)水分解的窗口里面,而且可以循環(huán),我覺(jué)得這是一件挑戰(zhàn)的事情。隨著現(xiàn)在材料技術(shù)的發(fā)展,這個(gè)事情也是可能實(shí)現(xiàn)的。就是說(shuō)不單是要找到這個(gè)材料,還是非常廉價(jià)的材料,還要解決腐蝕的問(wèn)題。另外現(xiàn)在這個(gè)負(fù)極材料是很關(guān)鍵的,你要找到適合在中性水系里面穩(wěn)定循環(huán)的,還有一定比容量。同樣新的電池都面臨同樣的挑戰(zhàn),就是說(shuō)你的生產(chǎn)設(shè)備、工藝也不可能現(xiàn)成的可以買(mǎi)到,需要從工藝和設(shè)備的開(kāi)發(fā)同時(shí)一起來(lái)做這件事情。恩力能源經(jīng)過(guò)了接近5年的技術(shù)攻關(guān),現(xiàn)在應(yīng)該說(shuō)我們認(rèn)為我們解決了這一系列的問(wèn)題,2017年我們將進(jìn)入量產(chǎn)階段。


  剛才我提到這個(gè)回收,回收這個(gè)事情我覺(jué)得鉛酸電池和鎳氫電池這一類(lèi)的廣義的水系電池是可以實(shí)現(xiàn)材料的回收再利用,而且回收再利用這件事情本身是有價(jià)值的。剛才說(shuō)鋰離子電池要投入成本去回收或者去處理,基本這個(gè)回收原材料里面有價(jià)值。我們這個(gè)體系里面最主要的可以值得回收的材料,這個(gè)殼體形式上看上去和鉛酸的差不多,都是可以粉碎再利用。另外就是集流體,這是經(jīng)過(guò)防腐處理的金屬,這個(gè)金屬經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用以后防腐層下降,要把這個(gè)銹去掉之后再保護(hù)起來(lái)。另外是電極材料,我們這個(gè)本身是氧化物,簡(jiǎn)單的說(shuō)就是打打碎、分一分再燒一燒應(yīng)該就可以再用了。我認(rèn)為這種電池的設(shè)計(jì),上午的鋰離子電池還說(shuō)到誰(shuí)是這個(gè)舊的電池的負(fù)責(zé)人或者主體。我們認(rèn)為我們這種電池如果賣(mài)出去的話(huà),很想把這個(gè)電池自己收回來(lái)。如果10年之后這個(gè)電池不能用了,或者多少年以后這個(gè)電池不能用了,我愿意把它收回來(lái),因?yàn)樗锩孢€有價(jià)值。這個(gè)是我們的一個(gè)單體電芯,大概充放電曲線(xiàn)是這么一個(gè)形象,跑了接近2年的電池,現(xiàn)在跑了3千次,也在衰減。這是兩年前的水平,它是一個(gè)3000次的循環(huán)。經(jīng)過(guò)兩年的努力,我們現(xiàn)在的電池會(huì)比這個(gè)有很大的提升。


  這個(gè)是我們這個(gè)電池的技術(shù)性能和在美國(guó)有這么一家同行,他們算是在這個(gè)行業(yè)里面的一個(gè)先行者,比我們提早了三五年開(kāi)始了這個(gè)產(chǎn)業(yè)化。我們跟他們的電池技術(shù)指標(biāo)從能量密度到倍率和循環(huán)壽命,可以說(shuō)在各個(gè)方面目前在電芯層次上的水平都超過(guò)它。我們電芯的設(shè)計(jì)是模塊式,可以從這么兩個(gè)單電芯的串聯(lián)可以繼續(xù)串出一個(gè)48V的模塊。這個(gè)像搭積木一樣,一個(gè)靈活的堆砌。國(guó)外有住這些別墅的家庭,比如說(shuō)德國(guó)、日本、美國(guó)、他們的屋頂很多都已經(jīng)鋪上光伏了,早期是靠國(guó)家的補(bǔ)貼,然后賣(mài)電。一邊賣(mài)電一邊從電網(wǎng)買(mǎi)電。這種方式德國(guó)2020年就停了,這種補(bǔ)貼就停了,日本也會(huì)跟著學(xué)。另外是他們會(huì)補(bǔ)貼儲(chǔ)能,你可以自發(fā)自用。比如美國(guó)這種地方有地下室,堆點(diǎn)電池也有這個(gè)空間。因?yàn)槲覀冸姵氐亩贪迨潜容^大,如果你有地方可以放下的話(huà)它是比較安全和環(huán)保的東西,這種家庭應(yīng)用是一種場(chǎng)景。還有就是商業(yè)應(yīng)用,再接下來(lái)做的更大一點(diǎn)就是微網(wǎng)應(yīng)用。


  就是說(shuō)我們做的這個(gè)水系離子電池,可以用電鉆打進(jìn)去把里面的水放出來(lái),它還會(huì)繼續(xù)的工作,不存在安全問(wèn)題。它不僅可以長(zhǎng)壽命、低成本,最關(guān)鍵的是我們還可以回收。恩力能源申請(qǐng)了電池的再現(xiàn)修復(fù),當(dāng)這個(gè)電池出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候我們可以讓它中途再活過(guò)來(lái)。如果是一個(gè)開(kāi)放的體系的話(huà),水系電池都可以有機(jī)會(huì)讓它再活過(guò)來(lái),即使是死了也可以回收,我們有專(zhuān)利的保護(hù)。恩力能源是一個(gè)創(chuàng)業(yè)型的初創(chuàng)企業(yè),最近清華大學(xué)戰(zhàn)略入股了恩力能源,現(xiàn)在恩力能源和物理所、復(fù)旦、中科大一系列的國(guó)家隊(duì)一起承建了十三五的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的智能電網(wǎng)技術(shù)與裝置的鈉基儲(chǔ)能電池項(xiàng)目。另外恩力和清華大學(xué)一起組建這個(gè)儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)研究院,在這個(gè)研究院里面是要做儲(chǔ)能這個(gè)行業(yè),所以不排斥任何電池,這個(gè)里面有鋰離子電池,有鉛酸電池也有我們的水系電池,歡迎大家一起參與到我們這里。謝謝大家。


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