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(guò)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(méi)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(lái)說(shuō),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(wèn)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(lái)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(lái)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(kāi)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(lái)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(lái)看,賀利氏Porocarb系列為新一代電池電極添加劑樹(shù)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?wèn)題,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(lái)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(guò)改善鋰電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化來(lái)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(lái)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(kāi)放路徑,從而在填充和操作的過(guò)程中,確保電解質(zhì)的供應(yīng)和傳輸。
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