賀利氏李克勤：新型助導(dǎo)劑賦能動(dòng)力電池 提升能量密度
時(shí)間:2018-05-10 14:59來源:OFweek鋰電網(wǎng) 作者:綜合報(bào)道
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隨著2018年補(bǔ)貼新規(guī)的發(fā)布，降低成本和提升能量密度成為動(dòng)力電池企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。然而在實(shí)際的應(yīng)用過程中，常規(guī)方法在提升能量密度的同時(shí)，卻很難保證理想的循環(huán)壽命，也存在熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。
那么有沒有一種材料可以在幫助提升電池能量密度的同時(shí)，還能確保電池的安全穩(wěn)定和高效循環(huán)？
“從常規(guī)原理來說，要提升電池的能量密度就需要增加活性物質(zhì)，但活性物質(zhì)越多，導(dǎo)電性就存在問題，就需要助導(dǎo)劑的幫助。”賀利氏蓄電池技術(shù)公司大中華區(qū)業(yè)務(wù)副總裁李克勤在接受專訪時(shí)表示，助導(dǎo)劑需要打破傳統(tǒng)的電子助導(dǎo)的思維局限。
但是目前市場(chǎng)上的助導(dǎo)劑，主要以電子助導(dǎo)劑為主，無(wú)論是superPE、CNT還是未來的所謂的石墨烯材料，主要都還是以電子助導(dǎo)劑為主。這種方法使電子導(dǎo)通了，但離子卻不動(dòng)，在很大程度上影響了傳導(dǎo)效率，從離子導(dǎo)通的角度出發(fā)提升鋰電池的導(dǎo)電性也就成為一種新的思路。
基于這種認(rèn)識(shí)，賀利氏蓄電池技術(shù)公司（以下簡(jiǎn)稱“賀利氏”）發(fā)明了一種鋰離子電池用Porocarb系列的合成碳功能性添加劑。據(jù)了解，Porocarb合成碳功能性添加劑具有精心設(shè)計(jì)且結(jié)構(gòu)清楚的內(nèi)部孔隙度，它不但能確保電極內(nèi)的電子連接性，更可以提高離子傳導(dǎo)率。
這種主打離子傳導(dǎo)的合成碳添加劑會(huì)給動(dòng)力電池帶來哪些革命性的影響？下面讓賀利氏蓄電池技術(shù)公司大中華區(qū)業(yè)務(wù)副總裁李克勤為我們解開神秘助導(dǎo)劑背后的秘密。
另辟蹊徑 增強(qiáng)離子傳導(dǎo)率
突破常規(guī)的離子傳導(dǎo)是如何做到的呢？
李克勤介紹，Porocarb系列是專為要求異常嚴(yán)格的電化學(xué)應(yīng)用而量身定制的多孔合成碳粉，這需要將孔隙分布設(shè)計(jì)成為具有良好的動(dòng)態(tài)親和性。
“我們這種材料以離子導(dǎo)電為主，一般的鋰離子會(huì)偏大些，我們把合成碳顆粒做成多孔性的顆粒狀，而且我們的顆粒本身夠小，而且夠均勻。”李克勤用網(wǎng)球和籃球來舉例，把一個(gè)籃球跟幾十個(gè)網(wǎng)球放在一個(gè)籃子對(duì)比就能發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)球因?yàn)轶w積小接觸面更多，而接觸面更多其通導(dǎo)性就越好。
除此之外，這種小顆粒里面還有孔徑，而且孔徑也是一致性的。一致性的顆粒狀搭配一致性的孔徑，就能夠造成離子的自由流動(dòng)，從而在整體上增強(qiáng)提高鋰電池的導(dǎo)電性能。
事實(shí)上，從結(jié)構(gòu)原理上來看，賀利氏Porocarb系列為新一代電池電極添加劑樹立了標(biāo)桿。Porocarb具有精心設(shè)計(jì)且結(jié)構(gòu)清楚的內(nèi)部孔隙度，它不但能確保電極內(nèi)的電子連接性，更可以提高離子傳導(dǎo)率。多孔碳粉有助于構(gòu)建先進(jìn)的電化學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了目前標(biāo)準(zhǔn)碳導(dǎo)電劑無(wú)法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
賦能動(dòng)力電池 提升能量密度
增強(qiáng)導(dǎo)電性不一定就能提升電池的能量密度，Porocarb系列多孔碳粉作為一種添加劑，其本身并不具備拉升能量密度的化學(xué)特性，提升能量密度又是如何做到的呢？
幾乎在所有電化學(xué)系統(tǒng)中，提高能量和功率的種種措施都將對(duì)離子和電子轉(zhuǎn)移造成限制。如果同時(shí)還需要快速高效的轉(zhuǎn)移離子（動(dòng)力學(xué)）和電子，這就需要智能工程和先進(jìn)的材料解決方案。
為了提高電池的能量密度，需要盡量減少電池中的非活性材料。增加電極厚度是減少非活性材料（例如：集流器）的方法之一，但這將進(jìn)一步引發(fā)關(guān)于批量傳輸和電荷傳輸?shù)膯栴}，并且需要對(duì)孔隙分布進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。
添加賀利氏的Porocarb系列后，可以在提高電極面密度和提高壓實(shí)密度的條件下維持離子通道和電解質(zhì)供應(yīng)。與含有一般導(dǎo)電劑的電極相比，互連的孔隙網(wǎng)絡(luò)有助于電極液更快速的滲透到大部分電極之中。
“鋰離子能夠自由流動(dòng)就能大大增加活性物的比例，另一方面也就減少了其它助導(dǎo)劑的比例，從整體上來就在客觀上為提升電池能量密度創(chuàng)造了有利條件。”李克勤解釋，Porocarb系列合成碳功能性添加劑對(duì)電池性能的提升起到賦能的作用，通過改善鋰電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化來達(dá)到提升能量密度的實(shí)際效果。
這種賦能的作用還體現(xiàn)在跟其他材料的配合上，比如，這種多孔碳跟納米碳管配合，納米碳管是電子材料。就相當(dāng)于在有洞的球中間穿了一些線，這個(gè)線就是納米碳管，二者合在一起既節(jié)省了內(nèi)部空間，也進(jìn)一步加強(qiáng)了通導(dǎo)性。
這種來自結(jié)構(gòu)上的改變，為增強(qiáng)鋰電池的壓實(shí)密度打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。用常規(guī)的方法將電極壓緊會(huì)留下很多副作用，包括影響導(dǎo)電性能和循環(huán)壽命，但這種結(jié)構(gòu)上的改變反而增強(qiáng)的導(dǎo)電性能并提升了循環(huán)壽命。
Porocarb多孔碳粉有助于構(gòu)建先進(jìn)的電化學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了目前標(biāo)準(zhǔn)碳導(dǎo)電劑無(wú)法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。即使在提高電極面密度和提高壓實(shí)密度的條件下，Porocarb仍然可以維持電極內(nèi)的開放路徑，從而在填充和操作的過程中，確保電解質(zhì)的供應(yīng)和傳輸。
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