钜大LARGE | 点击量：399次 | 2022年12月26日
陈韦志：中间相负极材料于动力锂电池之应用
十一月十二日，在2015年第3届我国（武汉）锂电新能源产业国际高峰论坛（ABEC2015，锂电达沃斯）上，中钢碳素化学股份有限公司陈韦志博士发表了题为《中间相负极材料于动力锂电池之应用》的演讲报告，以下是演讲报告实录：
各位嘉宾大家下午好!首先感谢主办单位的邀请，让我们有机会来武汉这个论坛发表演讲。我是来自中钢碳素。公司是研发以及生产中间相负极材料，今天的演讲主题就以中间相负极材料于动力锂电池应用来跟大家做一个报告。
首先介绍一下我们公司，中钢碳素，CSCC，中钢碳素在是属于中钢集团的成员之一，公司在1989年成立，在1996年正式启动中间相这个项目，在2002年我们中间相正式量产，到现在十几年的时间。在2013年我们获得了ISOTS16949的认证。在去年我们在常州成立我们的子公司，为国内的客户来服务。
我们母公司中钢CSC，在是最大的供应商，研发人员300位以上，员工超过9000人。
负极材料生产流程，经过一连串的热处理，萃取、干燥等等过程，会有GP，它是负极材料的前躯体。在产量上，一开始提到我们公司是在2002年正式量产，那时候产量比较小，经过十年来的努力，在2013年产量已经扩充到5000吨，预计在2017年提升到7500吨。我们的产线都是全自动化线，所有生产产品的质量，以及一致性都非常好。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
我们在江苏常州市成立了子公司，这个公司就完完全全是为了来服务国内的客户，在去年已经开始正式量产。
接着简单说明锂电池以及负极材料的市场需求。这份调研是日本调研的，锂电池这几年的需求一直在上升，最大的部分还是在LIB这块，EV这块跟LIB来比差很多，但是它的上升还是非常惊人的，这三年有40%以上的上升。
随着这几年锂电池市场需求的上升，负极材料它的需求也是逐年地新增。整体的需求量以负极来看，今年比去年成长32%以上，中间相今年占了13%，将近一万吨。我们乐观预估，明年数量会比这还高。
接着介绍一下我们负极材料，这是高倍率的负极材料，以及跟各位分享一下我们客户测试的一些回馈。在产品上，刚才提到从前躯体开始就是我们的产品，碳化之后也会有软碳，石墨化之后，也会有我们的石墨化产品，下面这一块SMGP，FMGP，MG11，这是我们高倍率的产品，所以我们产品从前躯体开始，包括高容量的，高倍率的，我们都有不同的产品给客户不同需求上的应用。
在产品的升级上，像FMGP，预计是10微米，容量320克电容量。但是这几年，我们已经往上提升了，容量已经提升到350克电容量，甚至已经往上提升到360，所以容量是非常高，所以非常适合在动力锂电池上应用。
在正式介绍我们产品之前，先来跟各位解释一下什么是中间相的材料，有哪几种特性？首先就是配向性，这份报告是日本的，负极材料是他们所做的一个研究。这个强度比，我们看到0.2跟110测出来的比，这个是要越低越好，从他们研究结果来看，MCMB它在中间相是最好的，它锂离子扩散比较容易。
从示意图简单说明一下什么叫配向性？它从上面这个方向进来，因为不是它的通道，所以比较会沉积的问题，锂离子它可以从不同的方向进出，必须不会有锂沉积。所以我们客户在用天然石墨的时候，都会添加中间相。
我们也做了不同材料的配向性的测试，在这里以1004/1110，大家可以看一下，从结果看得出来地配向性确实是中间相材料一个独到的地方。大家看左上角这个图，它是人造石墨，它的材料已经变形，几百个孔隙度已经没有了。左下这个图是我们中间相，还是会很清楚地看到每颗的负极材料都保持它原来的特性，空隙度很高，右下角是加入中间相，可以看到完整的球体，假如是看不出来形状，那就是天然石墨。
为何我们的材料不会变形？我们看它CrossSection，右边是天然石墨，有很多空隙，一压的时候就变形了。
接着看一下MG11系列，这是我们高倍率的产品，这个D50只有10到11um，FMGP是早期的倍率型产品，容量只有330，现在我们MG11系列，不管是MG11A，MG11N，容量都提到350以上。
看它的形态，MG11A、MG11N都是球体。同样的，我们看结构，中间相它也是实心的结构，所以再压它不会变形，AG1它是有空隙在。
我们也有用18650这个测试平台来看一下倍率，这里比较的是FMGP跟MG11A，FMGP是早期的产品，是330，MG11A容量已经提升到350，但是在倍率上并没有打折扣。
接着跟各位分享一下我们客户的测试以及应用的状况，第一个例子就是PHEV，在5C放电下，我们还维持在98%，日本的大概90%，所以在5C放电，我们高出了8%。但是在7C的放电，我们还维持在95%，但是日本人造石墨只剩下74%，所以在7C放电下我们高出日本材料高出20%，所以是非常独特的。
另外低温特性，不管是零下30度还是零下20度，我们材料放电能力都是比日本的人造石墨好。除了低温特性之外，高温性能也是，这里是测60度的储存，包括在维持能力，我们MG11A都比人造石墨好。当然最重要的还是在循环性能上，现在跑到700多循环，我们材料能维持在98%，日本剩下92%，所以这个趋势来看，我们材料要跑到3000多循环是没有问题的。但是在日本材料这个，可能1500次。
另外一个应用，EV，这是欧洲的客户，它测试FMGP，从测试结果来看，全充全放还有7400次的循环，循环性能非常好。假如是高倍率，2C充放电也还大于4000次的循环以上。
第三个，应用历程，启动电瓶，我们了解最重要的特性是低温的启动，客户用MG11A，测试结果完全符合欧洲的规范。另外是储能，ESS应用，这是在北方的储能要求，低温要求非常高，要在零下40度，客户测试在18650电池，2.6Ah，1.5C放电还可以有90%，所以我们低温系统是相当好。
另外一个特点，在这边也要跟大家特别说明一下，我们材料抗PC电解液的特性，我们做电池都了解PC电解液它的低温效果特别好，重要原因就是PC它的熔点是零下48度，沸点也很高，将近240，所以PC电解液它的温度范围是非常广。
但是并不是每种材料都有办法使用PC电解液，从这个示意图来看，当锂离子要潜入到石墨层的时候，它会把石墨间距撑开的，所以材料没有PC的话，就会像这个图，一层一层被剥开，当负极材料已经剥开到这个层程度的时候，电池就没办法使用。
如何来判断材料、负极材料有没有这些特性，可以从材料的效率来看，FMGP，MG11，MGP等等都是我们的产品，跟人造石墨做比较，假如在没有PC电解液的情况下，效率都很高，但是我们的耐PC效率是相当好的，能够达到80%多，我们的材料在抗PC特性上是有相当好的特性。
从充放电曲线，没有PC的电解液跟有PC的电解液在充放电情况下是相同的，所以并不受PC的影响。这是我们日本客户测试我们材料给我们的回馈，我们的MG11A，我们中间相抗PC性能是特别好的。PC电解液对性能有什么影响？用MG11A，大家可以看一下这个图，确实PC电解液对低温性能是有明显帮助的。
最后做一个简单的总结，我们要设计一个动力锂电池所要考量的几个特点，无外乎是电能量，循环寿命，倍率性，还有低温特性。在倍率上，我们有信心我们是最高的，倍率我们已经达到350克电容量，循环7000次以上，低温特性，负40度放电，符合欧洲的规范。
我的报告到这里，谢谢各位!
