梁成都：高能動力電池先進材料
5月22日，CIBF2018 第十三屆中國國際電池技術交流會展覽會在深圳會展中心開幕。郭永勝（音）代替寧德時代新能源科技股份有限公司梁成都博士在技術交流會上發表主題演講。以下是演講正文：
謝謝黃老師的介紹。今天本來是我們梁總過來，他臨時有一個很重要的事情，過不來，所以委派我過來給大家作匯報。
我今天講的是“高能動力電池之先進材料”，上午肖老師把國家層面的整體上的技術路線和國內的動力電池技術路線跟大家講了一下，國家到2020年300WH/KG的電池體系到底怎么實現？材料是起到很關鍵的作用。
電動汽車發展史，電動汽車不是一個很新的東西，電動汽車比燃油車發展的歷史還要早。但是在100多年，電動汽車和燃油車一直在競爭。在競爭過程中就是電池的競爭，就是電池的發展，這一百多年在動力電池，到底什么樣的動力電池適合電動汽車，真正到鋰離子電池的2010年，差不多逐步在用到電動汽車上，最近幾年全球發展，鋰電池算是主流。燃料電池也是主要的技術路線，但是整體的產業線還是動力電池和鋰電池比較成熟。總體電動汽車的發展，大家可以看一下，剛開始鉛酸逐步到鎳氫到后面的鋰離子電池，總體的電動汽車發展的關鍵是能量密度夠不夠用，它的成本夠不夠低。這是兩個非常大的關鍵因素。
鋰離子電池的發展，高能量密度是非常重要的方向。目前電動汽車正在用的，2017年三元材料在乘用車上是主流，到2020年，高鎳的三元材料+硅基的負極，滿足300WH/KG的動力電池體系，我今天主要講的內容是這個體系，高鎳材料和硅材料CATL的進展。到2025年，整個的技術路線是會往固態化發展，2025年還是液態鋰離子電池為主，固態電解質的發展，包括剛才陶亮博士也講了，如果固態電池不用鋰金屬，能量密度上就沒有業態的鋰離子電池的優勢大，它為什么能替代傳統的液態鋰離子電池？長期發展的技術路線是鋰離子的固態電池。
高鎳材料，高鎳材料面臨很多的挑戰，鎳含量越高結構越不穩定，面臨的問題主要是顆粒的破裂和表面反應產氣，高鎳的三元動力電池面臨最大的問題。對材料本身有些感性的手段，整個是在表面有一個包覆，其實表面包覆加攙雜，這是解決高鎳材料核心的策略。
包覆已經快離子導體（音），包覆以后減少電解液和高鎳材料的本身的接觸。活性位點，這樣它的產氣會大大的減少，循環穩定性會提高很多。在攙雜的過程中到底攙什么穩定？我們知道高鎳的材料是結構非常不穩定，一個是表面的嗜氧（音），是結構決定的，嗜氧，要攙雜什么元素能穩定氧？我們做了很多仿真的工作，通過仿真來指導我們做實驗，來改進材料。表面嗜氧的活化能的幾個參數。過渡金屬和氧的結合能，這個結合能越大，它結構越穩定。攙雜一個金屬，來使得過渡金屬和氧的結合越強越好。另外811材料，在循環脫離過程中，材料的體積變化，材料的膨脹、收縮問題也很大，最終會導致動力電池循環過程中，二次顆粒會破碎，破碎以后，整個的性能就很難達到動力電池的要求。這個怎么樣讓它的材料本身循環的膨脹、收縮降低一些？這是很關鍵的因素。
通過仿真和計算找到攙雜的元素去改善這樣的問題，循環600周，如果沒有經過攙雜原始的材料，循環600周，顆粒內部是一個完全有破裂，這樣電池的性能會非常差。經過doping的技術，看循環600周以后，看電池材料本身的顆粒還可以保持原來的形貌。目前我們在高鎳的811材料的體系，在4.25V，基本上滿足國家動力300WH需求，基本上是完全能滿足的。無論是在存儲還是在安全方面，材料本身的問題已經解決。
負極，一個非常關鍵的材料，負極是氧化亞硅材料，各位都是專家，氧化亞硅兩大問題，一是首效（音），二是顆粒的膨脹、破碎的問題。這個問題怎么解？科學上有很多的解決方法，我們主要是從工程手段解決這個問題，一個策略是用瘀泥化，它的首效低，先給你一些鋰，先給你補過來。另外它的膨脹，我想怎么給它包覆一個非常具有彈性，又有強度的一層包覆層。這樣保證顆粒在循環過程中不破碎，這是體積膨脹的問題。我們用瘀泥化的手段來提升氧化亞硅首次效率，另外我們給它人造一層SEI膜，這層非常有彈性，又能把材料均勻包覆進來。這個材料本身還需要具有很好的離子導電性，不然沒有辦法work。這樣改善氧化亞硅的問題，基本上都有很明顯的提高。不包覆很容易內部破壞，經過包覆以后，到電池失效以后，它整體的顆粒形貌還可以保持和初始差不多。這樣保證了材料整體上體系，300WH/KG的化學體系循環性能，常溫在1500，45度基本上在850-900的水平。
電解液的問題，這兩種正極材料和負極材料帶來的問題。電解液配套的相應也要改，這個怎么改？根據正極材料的特性，高鎳材料帶來的一系列問題，鎳融出，主要在電解樣的改進，主要是溶劑體系的改進，還有添加劑對于高鎳材料的保護問題。怎么用電解液的手段改進正極材料的性能，811材料產氣是非常大的問題。通過電解液也是能有一個綜合的改善手段，能顯著降低產氣性能。電解液還能抑制鎳的穿梭，因為鎳很容易融出，融出以后在負極沉積，這樣對電池的性能急劇惡化，用特殊的添加劑就可以把這個改善很明顯。
總結，300WH/KG的動力電池，化學體系，全球都認定了就是高鎳+硅，怎么樣做到性能滿足動力電池用的要求？負極和正極材料本身的改進很重要。電解液，電解液是把添加劑和溶劑是改進很大的方向。
以上就是我的報告。謝謝大家！
主持人：謝謝郭博士的精彩報告。
提問：碳硅的負極離子孔隙率多少？
郭博士：20%-30%。
提問：充滿電不膨脹？
郭博士：膨脹是用包覆的有效手段，瘀泥化可以降低膨脹，它本身的膨脹可以解決。
提問：膨脹不影響孔隙率嗎？
郭博士：膨脹肯定會影響一點，因為我們這個材料本身通過瘀泥化以后，本身已經是膨脹的狀態，充放電過程中不會有太大的變化。
提問：我們做過復合的，充滿電以后，剛開始放電的功率很小。
郭博士：是，所以這里面你一定要找非常好的導鋰離子特性的包覆層才有效。
提問：我看你們度薄膜，是度
郭博士：鍍在Partic（音）上面。
提問：一般多厚？
郭博士：沒有辦法說。
提問：郭博士的報告很精彩，你的硅或者氧化亞硅是怎么瘀泥化，用泥粉還是其他的？
郭博士：預鋰化的過程就是怎么把鋰放進來，大家可以想，但是具體怎么樣放鋰粉或者其他的，可能每個人想的都不一樣。具體的我們可以私下交流。
（根據速記整理，未經嘉賓審閱）
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