中國粉體網(wǎng)訊 金秋九月，桂花飄香。27-28日中國粉體網(wǎng)在“六朝古都”、“十朝都會(huì)”——南京成功舉辦了“第二屆能源顆粒材料制備及應(yīng)用技術(shù)高峰論壇”。近二十位能源顆粒方向的專家，200余位企業(yè)代表共聚古都。本次論壇圍繞動(dòng)力電池行業(yè)內(nèi)最熱門的幾大問題：如何實(shí)現(xiàn)高能量密度？怎樣提升三元正極材料的性能？研發(fā)新型儲(chǔ)能材料還是改善商業(yè)化產(chǎn)品？
本次論壇主要分四個(gè)大方向
本次論壇的專家與參會(huì)代表圍繞能源顆粒材料的制備與應(yīng)用技術(shù)難題展開深入的交流探討。基于政策和市場(chǎng)導(dǎo)向，研究的重點(diǎn)集中在四個(gè)方面：1、電池的安全性；2、能量密度如何提升；3、電池綜合性能的提升；4、尋求新型材料代替鋰離子電池。
1、圍繞電池的安全性
新能源汽車是高端解決儲(chǔ)能的第一步。2018年160萬輛，價(jià)格1000$/kw，2014年10萬輛，209$/kw。解決電池的安全性是發(fā)展新能源汽車的基石，目前的動(dòng)力電池面臨的最嚴(yán)峻的問題就是其安全性如何保障，為此專家們做了大量工作，以期提高電池的安全性。
南京大學(xué)周豪慎教授：
隔膜在鋰離子中占比重3%左右，針對(duì)如何抑制鋰枝晶周豪慎教授做了大量研究。他研究的MOF基隔膜可以有效抑制枝晶生長，讓鋰離子由不均勻沉積變成均勻沉積。研究表明這種隔膜用于金屬鋰二次電池，循環(huán)2000次也沒有枝晶；用于鋰硫電池1500次循環(huán)后，電池容量還很高，即使產(chǎn)生枝晶，也不會(huì)刺穿隔膜；用于鋰氧電池，充電電位有所下降，循環(huán)穩(wěn)定性良好，MOF隔膜有效阻擋了RM的穿梭。
南京理工大學(xué)夏暉教授：
目前商業(yè)化的鋰離子電池采用液體電解質(zhì)，存在安全隱患，循環(huán)壽命短。固態(tài)鋰電池可有效提高電池的安全性和循環(huán)穩(wěn)定性。夏暉教授介紹了一種薄膜型全固態(tài)鋰電池，可實(shí)現(xiàn)完美固-固界面，目前唯一能實(shí)現(xiàn)萬次以上循環(huán)壽命的固態(tài)電池技術(shù)。國內(nèi)外已經(jīng)有公司開發(fā)薄膜型固態(tài)鋰電池的產(chǎn)品。夏暉教授還介紹了幾種薄膜型固態(tài)鋰電池的性能及研究進(jìn)展以及存在的問題。
2、能量密度如何提升
2017上半年國家出臺(tái)政策：到2020年，鋰離子動(dòng)力電池單體比能量大于300Wh/kg；系統(tǒng)比能量爭(zhēng)取達(dá)到260Wh/kg；成本小于1元/Wh；使用環(huán)境從零下30℃到55℃；具備3C充電能力，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)單體電池350Wh/kg。為了迎合政策對(duì)動(dòng)力電池的新要求，提升電池的能量密度是當(dāng)務(wù)之急。高鎳三元材料是主流趨勢(shì)，專家們對(duì)硅基負(fù)極材料的研究也加緊步伐……
中南大學(xué)唐有根教授：
三元材料高鎳化是高能量密度鋰離子動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢(shì)；以三元材料為正極的鋰離子動(dòng)力電池安全性問題嚴(yán)峻；高鎳三元材料鋰離子電池殘堿、微裂紋以及與高鎳相配的電解液等問題需要研究解決；元素?fù)诫s可以重點(diǎn)考慮B、F化物；包覆可采用磷酸化物；湖南杉杉“高鎳三元正極材料”實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
華北電力大學(xué)潘家鴻教授：
尖晶石型鈦酸鋰（Li4Ti5O12）是一種有潛力的鋰離子電池負(fù)極材料，但是，鈦酸鋰也存在著本征電子電導(dǎo)和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)雙低的缺點(diǎn)，嚴(yán)重限制了它的倍率容量。潘家鴻教授介紹了采用X射線衍射圖譜精修（Rietveld Refinement）解析，優(yōu)化前驅(qū)體配比，煅燒制度以優(yōu)化合成高純Li4Ti5O12，并討論了提高Li4Ti5O12倍率容量的方法。
中南大學(xué)胡國榮教授：
高鎳三元正極材料能使電池的能量密度提升，但是對(duì)生產(chǎn)工藝與裝備要求也要更特殊。胡國榮教授從原材料的特殊要求與預(yù)處理、混合工序的工藝要求與設(shè)備要求、燒結(jié)工序的工藝要求與設(shè)備要求、粉碎工序的工藝要求與設(shè)備要求、水洗工序的工藝要求與設(shè)備要求、包覆工序的工藝要求與設(shè)備要求、包裝工序的工藝要求與設(shè)備要求等方面詳細(xì)闡述了高鎳三元正極材料生產(chǎn)過程中的特殊性。
清華大學(xué)張強(qiáng)教授：
張強(qiáng)教授認(rèn)為如何提高比能量密度，那就是用金屬鋰做負(fù)極。以往我們對(duì)金屬鋰的認(rèn)識(shí)就是金屬鋰會(huì)沉積，造成短路，甚至爆炸。但是隨著納米技術(shù)的進(jìn)步，我們不斷發(fā)現(xiàn)材料新的性能，對(duì)金屬鋰的認(rèn)識(shí)也發(fā)生很大的變化。張強(qiáng)教授認(rèn)為氟化鋰是一種比較好的材料，引入FEC，F(xiàn)EC會(huì)粘在鋰離子周圍，加速前驅(qū)物分解，形成的氟化鋰多。氟化鋰有助于生成均勻的沉積；也可以引入多硫化物，多硫化物是天使也是魔鬼，在正極可以幫助Li2SX溶解，太多了之后會(huì)刻蝕負(fù)極；引入石墨烯、碳纖維等導(dǎo)電物質(zhì)，控制鋰在大電流條件下的沉積。
浙江大學(xué)涂江平教授：
涂江平教授介紹了金屬鋰電極表面改性、金屬鋰粉末電極設(shè)計(jì)與加工，電極設(shè)計(jì)：多孔骨架結(jié)構(gòu)，粉末設(shè)計(jì)：Li/C，Li/C@TiC復(fù)合金屬粉末。實(shí)驗(yàn)表明做出來的粉末電極基本沒有枝晶產(chǎn)生。涂江平教授還預(yù)測(cè)如果補(bǔ)貼取消，大部分車企可能又會(huì)回到磷酸鐵鋰。
3、電池綜合性能的提升
就現(xiàn)有的鋰離子電池材料來說，還沒有發(fā)揮其最大優(yōu)勢(shì)，也還存在一些未解決的問題。所以基于此一些專家們致力于提升當(dāng)前電池材料的性能，如快充能力、循環(huán)性能、倍率性能、儲(chǔ)存問題等。
清華大學(xué)魏飛教授：
魏飛教授認(rèn)為負(fù)極材料中硅氧、硅氮負(fù)極有最高的體積能量密度，大家總覺得金屬鋰是最好的，但是鋰的體積能量密度并不高，雖然質(zhì)量密度還可以。氧化硅的體積能量密度更好。但是硅基材料的問題是循環(huán)性差，體積變化大等。魏飛教授設(shè)計(jì)了一種特殊的包覆結(jié)構(gòu)：硅/陶瓷/碳負(fù)極材料，采用聚團(tuán)流化床的方法，形成更為均勻的石墨包覆層的核殼，從而使硅基負(fù)極材料的導(dǎo)電性大幅度提高，并形成了低表面積與高循環(huán)性。數(shù)據(jù)顯示：日本團(tuán)隊(duì)通過加入碳納米粒子，電池能量密度只提升了8%，但是循環(huán)性能提升了30-40%。
天津工業(yè)大學(xué)時(shí)志強(qiáng)教授：
時(shí)志強(qiáng)教授向我們介紹了硬炭材料，作為負(fù)極材料我們并不陌生，但是時(shí)志強(qiáng)教授通過調(diào)節(jié)硬炭中可調(diào)節(jié)的微晶層間、界面以及缺陷儲(chǔ)鈉結(jié)構(gòu)位點(diǎn)，制備出了可逆儲(chǔ)鈉容量大于350mah/g的負(fù)極材料。而且硬炭作為主材或補(bǔ)助負(fù)極材料，可以大幅提高鋰離子電池的高倍率性能和循環(huán)性能。
福建師范大學(xué)童慶松教授：
童慶松教授由環(huán)境污染問題為切入點(diǎn)，指出發(fā)展電動(dòng)車對(duì)能源及城市污染的積極作用。研究了正極材料對(duì)電池性能的影響，在磷酸鐵鋰、富鋰固溶體、富鋰尖晶石、鍍層極耳、鋁箔集流體方面都做出了大量的成果。
中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所劉立偉研究員：
劉立偉研究員主要介紹了高質(zhì)量薄層石墨烯，以及其實(shí)際應(yīng)用。通過實(shí)驗(yàn)證明高質(zhì)量薄層石墨烯可以有效改善3C電池?zé)嵝阅堋Ａ硗庾鳛閷?dǎo)電劑也表現(xiàn)出了能量密度高、高溫存儲(chǔ)性能好、倍率容量高、壓實(shí)密度高、循環(huán)性能好等顯著優(yōu)點(diǎn)。
日本東京大學(xué)項(xiàng)榮教授：
單壁碳納米管的主流制備方法是用CO，CO比較危險(xiǎn)。項(xiàng)榮教授課題組用乙醇來制備碳納米管，安全環(huán)保，而且所需溫度低。常規(guī)反應(yīng)溫度是900-1200℃，他們的只需要500-800℃之間。管徑1-2個(gè)納米。碳納米管可以作為催化劑用于電池材料，對(duì)電池的倍率性會(huì)有很大的提高。
4、尋求新型材料代替鋰離子電池
自從國家出臺(tái)了對(duì)能量密度的新要求，研究者們紛紛開始尋求新型電池材料，期望未來能代替鋰離子電池材料，而且鋰資源不是可再生資源，現(xiàn)有的資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了人類的長期要求。那么哪些材料有望取代傳統(tǒng)的鋰電材料呢？
南京大學(xué)金鐘教授：
金鐘教授指出三元材料能量密度可能已經(jīng)快到頭了，其他的材料是不是更有潛力？開發(fā)下一代新產(chǎn)品勢(shì)在必行。負(fù)極材料里硅碳負(fù)極、氧化錫、金屬鋰都是很有潛力的，但是它們也都存在很多要解決的問題；而正極材料里硫極性容量突出。金鐘教授還提到目前，有些新型電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)已經(jīng)取得了非常可喜的進(jìn)展，但是整體而言距離大規(guī)模實(shí)用化或多或少都還有一些的問題有待解決。
中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李先鋒研究員：
全釩液流電池：容量和功率是分開的，可以分別獨(dú)立設(shè)置，安全性高，壽命很長，正極負(fù)極都是釩離子，不存在電池回收的問題。最大的問題是如何提高電解液在水中的穩(wěn)定性。李先鋒研究員經(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn)離子傳導(dǎo)膜離子交換基團(tuán)的引入是導(dǎo)致非氟膜穩(wěn)定性大幅下降的主要原因。他們做的非氟離子傳導(dǎo)膜壽命達(dá)18000次循環(huán)。還介紹了鋅基液流電池、鋅溴液流電池、鋅溴單液流電池、堿性鋅鐵液流電池、中性鋅鐵液流電池、鋅碘液流電池等的優(yōu)缺點(diǎn)。
其他相關(guān)領(lǐng)域介紹
中南大學(xué)郭華軍教授（代李新海教授）：
郭華軍教授從資源方面向我們介紹了目前全球及國內(nèi)鋰資源現(xiàn)狀，包括：①電池級(jí)碳酸鋰市場(chǎng)概況；②全球及我國鋰資源儲(chǔ)量分布情況；③提鋰技術(shù)；④鋰云母提純制備技術(shù)。
中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所陳成猛研究員：
超級(jí)電容器能量密度比較低，主要用到的是活性炭材料，還有介孔碳等新型炭材料以及新型納米材料，如石墨烯，碳納米管等。陳成猛研究員提到用氧化還原法制備石墨烯（這種方法制備的石墨烯體密度相對(duì)較低），所內(nèi)已經(jīng)建有石墨烯基地，但是石墨烯成本還是很高，穩(wěn)定性等問題還需要進(jìn)一步解決，所以石墨烯做導(dǎo)電填料更合適。
石家莊日加粉體設(shè)備科技有限公司濱本純一先生：
日加粉體的濱本純一先生介紹了其公司的主要業(yè)務(wù)范圍，包括銷售鋰電正負(fù)極材料生產(chǎn)線各工序相關(guān)的設(shè)備和檢測(cè)儀器及來料加工等，并介紹了正極材料的造粒工藝等工序。
