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贺利氏:新型助导剂为动力电池赋能 打通离子传导玄关提升能量比

导读: 目前市场上的助导剂,无论是superPE、CNT还是未来的所谓的石墨烯材料,主要都还是以电子助导剂为主。这种方法使电子导通了,但离子却不动,在很大程度上影响了传导效率,从离子导通的角度出发提升锂电池的导电性也就成为一种新的思路。

随着2018年补贴新规的发布,降低成本和提升能量密度成为动力电池企业关注的焦点。然而在实际的应用过程中,常规方法在提升能量密度的同时,却很难保证理想的循环寿命,也存在热失控的风险。

那么有没有一种材料可以在帮助提升电池能量密度的同时,还能确保电池的安全稳定和高效循环?

“从常规原理来说,要提升电池的能量密度就需要增加活性物质,但活性物质越多,导电性就存在问题,就需要助导剂的帮助。”贺利氏蓄电池技术公司大中华区业务副总裁李克勤在接受OFweek锂电网专访时表示,助导剂需要打破传统的电子助导的思维局限。

但是目前市场上的助导剂,主要以电子助导剂为主,无论是superPE、CNT还是未来的所谓的石墨烯材料,主要都还是以电子助导剂为主。这种方法使电子导通了,但离子却不动,在很大程度上影响了传导效率,从离子导通的角度出发提升锂电池的导电性也就成为一种新的思路。

基于这种认识,贺利氏蓄电池技术公司(以下简称“贺利氏”)发明了一种锂离子电池用Porocarb系列的合成碳功能性添加剂。据了解,Porocarb合成碳功能性添加剂具有精心设计且结构清楚的内部孔隙度,它不但能确保电极内的电子连接性,更可以提高离子传导率。

贺利氏:新型助导剂为动力电池赋能  打通离子传导玄关提升能量比

贺利氏蓄电池技术公司大中华区业务副总裁李克勤

这种主打离子传导的合成碳添加剂会给动力电池带来哪些革命性的影响?OFweek锂电网特意对贺利氏蓄电池技术公司大中华区业务副总裁李克勤进行了独家专访,解开神秘助导剂背后的秘密。

另辟蹊径  增强离子传导率

突破常规的离子传导是如何做到的呢?

李克勤介绍,Porocarb系列是专为要求异常严格的电化学应用而量身定制的多孔合成碳粉,这需要将孔隙分布设计成为具有良好的动态亲和性。

“我们这种材料以离子导电为主,一般的锂离子会偏大些,我们把合成碳颗粒做成多孔性的颗粒状,而且我们的颗粒本身够小,而且够均匀。”李克勤用网球和篮球来举例,把一个篮球跟几十个网球放在一个篮子对比就能发现,网球因为体积小接触面更多,而接触面更多其通导性就越好。

除此之外,这种小颗粒里面还有孔径,而且孔径也是一致性的。一致性的颗粒状搭配一致性的孔径,就能够造成离子的自由流动,从而在整体上增强提高锂电池的导电性能。

事实上,从结构原理上来看,贺利氏Porocarb系列为新一代电池电极添加剂树立了标杆。Porocarb具有精心设计且结构清楚的内部孔隙度,它不但能确保电极内的电子连接性,更可以提高离子传导率。多孔碳粉有助于构建先进的电化学系统,实现了目前标准碳导电剂无法实现的目标。

赋能动力电池  提升能量密度

增强导电性不一定就能提升电池的能量密度,Porocarb系列多孔碳粉作为一种添加剂,其本身并不具备拉升能量密度的化学特性,提升能量密度又是如何做到的呢?

几乎在所有电化学系统中,提高能量和功率的种种措施都将对离子和电子转移造成限制。如果同時还需要快速高效的转移离子(动力学)和电子,这就需要智能工程和先进的材料解决方案。

为了提高电池的能量密度,需要尽量减少电池中的非活性材料。增加电极厚度是减少非活性材料(例如:集流器)的方法之一,但这将进一步引发关于批量传输和电荷传输的问题,并且需要对孔隙分布进行精心设计。

添加贺利氏的Porocarb系列后,可以在提高电极面密度和提高压实密度的条件下维持离子通道和电解质供应。与含有一般导电剂的电极相比,互连的孔隙网络有助于电极液更快速的渗透到大部分电极之中。

贺利氏:新型助导剂为动力电池赋能  打通离子传导玄关提升能量比

“锂离子能够自由流动就能大大增加活性物的比例,另一方面也就减少了其它助导剂的比例,从整体上来就在客观上为提升电池能量密度创造了有利条件。”李克勤解释,Porocarb系列合成碳功能性添加剂对电池性能的提升起到赋能的作用,通过改善锂电池内部的结构变化来达到提升能量密度的实际效果。

这种赋能的作用还体现在跟其他材料的配合上,比如,这种多孔碳跟纳米碳管配合,纳米碳管是电子材料。就相当于在有洞的球中间穿了一些线,这个线就是纳米碳管,二者合在一起既节省了内部空间,也进一步加强了通导性。

这种来自结构上的改变,为增强锂电池的压实密度打下了坚实基础。用常规的方法将电极压紧会留下很多副作用,包括影响导电性能和循环寿命,但这种结构上的改变反而增强的导电性能并提升了循环寿命。

Porocarb多孔碳粉有助于构建先进的电化学系统,实现了目前标准碳导电剂无法实现的目标。即使在提高电极面密度和提高压实密度的条件下,Porocarb仍然可以维持电极内的开放路径,从而在填充和操作的过程中,确保电解质的供应和传输。

贺利氏:新型助导剂为动力电池赋能  打通离子传导玄关提升能量比

在实际测试中,贺利氏的锂离子电池用Porocarb合成碳功能性添加剂呈现出以下优良特性特性:

1. 增加了电极面密度而且减少了非活性成分,因此,单位体积的能量密度也得以增加(+20%)

2. 离子的导电性能增强,因此,电流放电能力也得以 增强(+50%)

3. 在电池制造过程中加快了电解液填充和化成的速度,因此,加工成本也得以减少(-50%)

4. 双电极加载可减少20%的非活动材料

5. 均匀的质量传输和响应速度有助于 延长电池的使用寿命

贺利氏助力中国动力电池升级

也许对于很多锂电业内人士来说,贺利氏是一家陌生的公司。实际上,这家总部位于德国哈瑙市的科技集团,成立于1851年,如今已成为了一家全球领先的家族企业。

贺利氏通过发挥材料与科技方面的专长,致力于为客户创造高质量的解决方案,帮助他们提升长期竞争力。贺利氏的市场集中在环保、能源、健康、机动车及工业应用等重要领域。其产品组合极为丰富,涵盖了从组件到集成材料系统,广泛应用于钢铁、 电子、化工、汽车和通信等行业。

据统计,2016财年,贺利氏的总销售收入达到215亿欧元,名列《财富》“世界五百强”前列。大中华地区是贺利氏集团最为重要的三个市场之一,公司在大中华区的发展已有超过 40年的历史,拥有2,600多名员工和20家公司。

“中国已经成为世界上最大的锂电池生产制造基地,中国动力电池企业的发展速度也远超其它国家。”李克勤认为,贺利氏选择中国市场也主要是看中了中国巨大潜力。中国企业锐意创新的精神,和对性能提升的积极程度成为像Porocarb系列-的合成碳功能性添加剂发挥作用的最佳土壤。

据了解,目前贺利氏的Porocarb系列产品已经开始收到中国动力电池厂商的青睐,河南、北京、四川的电池厂已经在试用过程中。有3家企业的产品已经开始出货,而中国最大的动力电池厂商正在试用调试阶段。

李克勤表示,贺利氏可以针对各等级的合成碳,根据客户需要提供各类定制的服务,以便满足不同的系统要求(例如:石墨化度、粒径尺寸、表面处理等)。对可改善阳极性能的合成碳添加剂的需求正在不断增长,为了满足这一需求,贺利氏开发出了全新的Porocarb Lion 210系列。

值得注意的是,贺利氏的这款Porocarb系列的合成碳功能性添加剂,将于今年5月22-24日CIBF展会期间,在深圳会展中心1号馆的1GB122、1GB123展台亮相。同时,在5月23日和5月24日的技术论坛上,贺利氏的技术高管将带来产品应用的研讨分享。

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