三洋：中村宏博士

1、三洋：中村宏博士【主持人：薛嘉漁】謝謝楊先生！下一位有請日本三洋公司過來的中村宏博士。BJSHENZHENCONVENTION&E日本三洋公司中村宏博士：高容量嵌入式化合物在鋰電子電池中的發(fā)展【中村宏】非常感謝來邀請我參加此次論壇，我非常榮幸能夠參加此次論壇。今天我會跟大家來講一下我們一些基礎(chǔ)的研究，關(guān)于兩個材料的研究，這兩個研究可以在較高的電位得到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，來提高陽極材料的容量。第一個是富鋰的陽極材料，第二個是通過含鈉層態(tài)交換獲得的陽極材料(PPT)首先我先簡要地介紹一下我們研究的背景，在市場上的鋰電池基本上是用了鈷酸鋰來做陽極，用石墨做陰極，其中的一個問題就是怎么樣來提高現(xiàn)在系統(tǒng)的鈷酸

2、鋰鋰電池的容量，甚至是超過現(xiàn)在的容量。我們大家都知道，石墨的容量已經(jīng)接近他里面的容量了，其中一個方法就是能夠找到一個新的陰極材料能夠給我們提供更高的容量，比如說鋁陰極。另外一種就是來提高陽極的容量，今天我想從第二個層面就是提高陽極容量的材料上來講一下這個問題。這個PPT總結(jié)了一下能量密度，能量密度的計算是用產(chǎn)品的容量X平均電位X實際密度，可以充電到一個較高的電位，實際上這種方法是來增加鉆酸鋰和其他一些材料或者是MCL材料的容量，提高他的能源密度。從這個數(shù)量當中我們可以看到把他充到較高電位是一個其中的方法來增加其中的密度。我跟大家分享的這些數(shù)據(jù)獲得的渠道主要是來使用三個電極的測試電池進行的實驗獲

3、得的，另外還有這種鋁的熱風膜實驗電池，它的正常容量是600800毫安時。我先來跟大家介紹一下富鋰陽極材料，可以用這個公式來寫一下，可以用一些過渡金屬的地方，這是一個非常典型的公式，經(jīng)常會標成為ICM材料，這個材料的特征就是他的容量是比較高的，能夠超過200毫安時每克，可以降低鉆的用量，這樣的話你就可以降低成本。這個富鋰的材料可以說已經(jīng)得到了很多研究者的大量研究，有些人在位，這是一個參照的論文，很多的數(shù)據(jù)來自于這個論文。賽可維博士在上一次的會議中也參加了，還發(fā)言了。這個是我們富鋰材料的電話特征，黑色是第一個循環(huán)，紅色是第二個循環(huán)，這個容量是比較大的，是270毫安每克，最初的充電放電效率是比較高的

4、，這種情況下大概是83%。另外一個特點大家可以看到這里面有很大的差異，就是在第一個循環(huán)和第二個循環(huán)的曲線之中有很大的差異的。這個幻燈片解釋了在文獻當中可能的充放電的機理，對于這種材料來講這種容量都是來自傳統(tǒng)方法的氧化，將這種富鋰材料進行氧化，4.4V的時候氧氣得到氧化，材料當中釋放氧，錳就會被捕捉。第一次放電之后，容量就可以通過這種氧化的還原反應(yīng)，就是對于這種過渡金屬的氧化還原反應(yīng)，這種層狀的氧化錳通過這種結(jié)構(gòu)的變化，大家可以看到得到了這樣的一個材料。這是XRD光譜，原始的情況還有第一次充電、第二次充電、第一次放電、第二次放電光譜的情況，大家可以看一下這個峰值在這個地方（PPT），第一個和第二

5、個充電的曲線是不一樣的，主要的峰值有點發(fā)生變化，就是第一次和第二次這個充值的峰值有點向左偏了。第一次放電和第二次放電曲線是基本上一樣的，充電是不一樣的。另外我們也進行了XANES光譜的分析，這是通過Spring8，是日本分析的。這是鎳的K線，這是鉆酸的K線，這是第一次充電、第第一次充電、第二次放電，第二次放電我們進行了分析，基本上來講這是一個非常好的鎳和估氧化還原反應(yīng)有很好的可逆性。這是錳的K線光譜，在第一次的這個地方（PPT）XANES光譜的錳是不可逆性的變化，這是第一次充放電。然后我們又看了一下氧化錳的價位是“4”這個地方的光譜我們進行了一下分析，然后在這個地方它可以看一下它是接近于4，充

6、電之后它主要的峰值稍微有點偏移了，這是在第一次充電之后。這就是我們XANES的數(shù)據(jù)，實際上是支持了我們在上個幻燈片里面所討論的充放電的機理。但是這里面還需要更詳細的結(jié)構(gòu)分析才能更好地來理解這個材料。我們再來看一下，這個材料的的電化特征，這是不同的對于種植充電電壓對于放電容量的影響，如果你想得到比較高的容量250毫安時的容量的話，可能要使這個電位到4.6V的情況才能實現(xiàn)這么高的容量。這個給大家總結(jié)比較了不同材料的能量密度，比如說鈷酸鋰終止電壓在4.3V，鉆酸鋰終止電壓到4.5V，還有V&C終止電壓是4.5的材料，富鋰給出了我們最大的體積密度還有排放的容量都是最大的，這是因為他跟其他的材料相比有很

7、大的容量。當然也有一些缺點，比如說跟其他的材料相比充放電的效率比較低，還有平均的放電的電位也是比較低的。壓實密度也比其他的要低，因為過渡金屬的問題產(chǎn)生了壓實密度，這是我們目前需要克服的這些缺陷。這就是我們的鋁復合薄膜熱壓的這種電池的特性，與前面三個電極的測試結(jié)果是一樣的，你們可以看到更高的電容，如果我們是使充電電位更高的話我們得到的容量也就更高，表現(xiàn)出來的還是同樣的電池，他的循環(huán)性能你可以看到他容量的急劇減少、衰減，在頭20次循環(huán)當中，大家這個循環(huán)超過20次之后他這種衰退就減緩了。我們必須要對這種衰退的機理進行調(diào)查，這是正在進行的。下面我要跟大家談一下第二種材料，也就是陽極材料他是通過這種離子

8、交換方式獲得的，這是指那種層級材料當中通過離子交換獲得。這張表給大家表現(xiàn)了量種鉆酸鋰的結(jié)構(gòu)，一個是三維的鉆酸鋰結(jié)構(gòu)，它叫做氧化鈉結(jié)構(gòu)，這是大家很熟知的，他對鋰的托嵌，鋰的托嵌會導致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定達到60%，他的結(jié)構(gòu)變成不穩(wěn)定了，如果把鋰托嵌的話，在一個比較高的電位45的地方的時候會出現(xiàn)不穩(wěn)定。還有一個O2型的鉆酸鋰，這種材料它的結(jié)構(gòu)相對來說就會比較穩(wěn)定，鋰托嵌的時候結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性可以達到85%，在整個鋰的容量當中來看。因為他的結(jié)構(gòu)是非常穩(wěn)定的，這個結(jié)果是由氧化鈉通過離子交換來進行獲得的。我們獲得這種離子的方法是叫做溶鹽離子交換法，我們這里面有這種過度的含鋰的氧化金屬來獲取這種富鋰過渡金屬，然后我們使

9、用溶鹽，這個公式當中可以看到我們用的是氯化鋰。我們連續(xù)十個小時在空氣當中工作溫度提高到300度。在這個離子交換之前，我們的公式在左邊（PPT），在最后一行的左邊，之后經(jīng)過鋰離子的共識，我們鈉的含量不足0.002的。這張幻燈片給大家顯示出了富鋰三元材料充放電的曲線，我們所的氧化含鋰的過渡金屬。其中一個，就是第一次充電它的容量低于第一次放電的容量，這是因為我們的鋰缺失或者是鋰赤字低于。但是我們在高過245的毫安時/克的大的放電容量，這個容量是可以逆轉(zhuǎn)的，我們在第二次循環(huán)當中又看到這么大的放電容量。我們也進行了循環(huán)測試，這次我們用富鋰三元材料的循環(huán)測試和鈷酸鋰進行比較，我們看一下他們的循環(huán)特性。我們

10、看到，充電的電壓到達了5V,鉆酸鋰容量衰退得非?？?，但是我們的三元富鋰材料這種容量的維持卻非常好，很穩(wěn)定。這種過渡金屬它經(jīng)歷了初次容量，后面繼續(xù)維持，最后只是衰減5%，但是還能夠維持95%。我剛剛給大家展示了這些富鋰展示了非常大的含量當我們充電到4.8V的時候，我們X的演示圖分析也支持可能的放電的機理，現(xiàn)在我們也在調(diào)查陽極材料是我們通過含鈉的這種材料當中P2類型的來獲得，他可以有很大的放電容量達到245毫安時，而且有很好的95%的循環(huán)特性，十次循環(huán)之后還能夠維持，所以我們也找到了這種高能鋰電池的陽極的很好的提高容量的材料。當然我們還有一些問題或者是很多的問題我們必須要去解決的，比如說我們?nèi)绾尉S

11、持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這可能是我們現(xiàn)在要解決的最大的問題。這種高壓運轉(zhuǎn)的時候怎么去維持他的電化學性，我們想以后還必須要進行進一步的結(jié)構(gòu)分析來改善我們材料的性能、充放電的性能，而且要提高他本身的性能，所以我們要努力工作來使這些設(shè)想成為現(xiàn)實。非常感謝大家的聆聽。【現(xiàn)場提問】您好，我是來自河南的，我們是做電池的正極材料。我的問題是，我們知道三元素確實比普通的鈷酸鋰可以充到更高的電壓，但是我們知道下一步用電池的企業(yè)尤其是電動工具，他們想推動這種元素可能有點困難，我不太清楚是不是在日本已經(jīng)允許或者是已經(jīng)有這樣的一種傾向，希望可以允許手機上的電池可以充到更高的電壓，或者是可以在更高的電壓環(huán)境下工作也是支持的?！?/p>

12、中村宏】首先非常感謝你用日語來問我問題，我想用英語來回答。首先我上面講的這只是一個有潛在性可以產(chǎn)生高容量的電池，一個非?；?、一個非常初步的調(diào)查，當然我們的客戶可能不會接受我們的這些建議，比如說更高的這種充電電壓，因為會產(chǎn)生很多的問題。就是因為在這種很高電壓的運轉(zhuǎn)會導致很多的問題，但是我想我們的客戶也要求我們來研發(fā)一個非常更高容量的電池，我指的是鋰電池，這是一個未來的技術(shù)設(shè)想，非常初步的，但是如果我們能夠用新的材料結(jié)合上安全和可靠性，我想我們的客戶或者是你們的客戶就會接受這種新技術(shù)、這種新材料，但是我想這也也確實是一種很困難的任務(wù)?！粳F(xiàn)場提問】您剛才說到了一個很好的未來會使用的材料。有兩個問題

13、，第一個，循環(huán)壽命減少了5080%，主要的原因是什么呢？是因為陽極材料的衰退還是說其他的原因？哪個是主要要改善的地方？第二個，這種壓實的能量密度是多少呢？比如說富鋰材料，我是指這種電極的壓實密度是多少。【中村宏】首先我想回答一下第二個問題。真正的密度實際上是比其他的材料要小的，當然這取決于這種壓實密度。比如說這種不定型或者是他的材料，當然也取決于他的這種變形或者是形態(tài)的改變，還有我們剛才說的壓實密度。如果你想鋰電池的容量高，你就需要更高的復合材料，我指的電荷的材料。另外一個問題，我們現(xiàn)在正在投資于解決這些問題，我們還沒有更多地去探討這種高電壓的運作，哪一部分是主要引發(fā)這種性能衰退的原因呢？還有這種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性呢？都是我們要討論的主要問題。我想我們現(xiàn)在也在檢查電極它的氧化導致可能會發(fā)生的事故，還有電解液可能會導致發(fā)生的事務(wù)，這也是我們現(xiàn)在要研究的領(lǐng)域?！粳F(xiàn)場提問】非常感謝您的演講，我有兩個問題。第一，跟電解液有關(guān)的，你用什么樣的電解液呢？因為是高電壓的電解液總是會產(chǎn)生問題的?！局写搴辍吭谶@里面大家可以看一下（PPT），在這個檢測當中