中國儲能網(wǎng)訊：2021年由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務廳、長沙市人民政府、中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會聯(lián)合主辦，100余家機構(gòu)共同支持的湖南（長沙）電池博覽會暨首屆中國國際新型儲能技術(shù)及工程應用大會在長沙圣爵菲斯大酒店召開。此次大會主題是“新儲能、新動力、新發(fā)展”。
會后，為了能讓參會代表有更深入的行業(yè)交流，小編經(jīng)過演講專家本人同意和審核，將演講專家的速記整理如下：
李薦：非常高興有這個機會來向各位同仁做一個交流和匯報。我的演講題目稍微有點改動，根據(jù)內(nèi)容稍微改動了一點，正好我也是最后一名。前面專家都講得比較精彩，工作做得比較扎實，用的時間比較多，到我這兒時間相對有點緊張。前面我們也聽到很多專家各種新的電池，王教授的氟離子的，還有鐵液流的，很多新的電池不斷地涌現(xiàn)，是不是給我們鋰離子電池留的時間也不太多了，所以各位同行們，還是要努力。
我今天講講我們做的一點工作。大家知道安全性一直是電池行業(yè)非常關(guān)心的，自從有鋰離子電池以來，安全性就不斷地被提出，被重視，而且在中間還經(jīng)過一些反復。特別是近幾年以來，三元電池由于它的能量密度高，在車上追求能量密度，用了很多，后面安全性不斷出問題，有了這個反復，提醒大家把安全性放到了更加重視的層面。我今天主要是對三元這塊的安全性從它的角度來介紹一下我們做的工作。
背景我不展開講。簡單來說，電動汽車隨著三元用量的增加，出現(xiàn)過許多的問題，當然不是說磷酸鐵鋰就高枕無憂，只是出事的概率要小于三元。這是實際的一個情況。
對于鋰電池來說，已經(jīng)有很多關(guān)于研究方面的報道，為什么會出問題？在安全性方面，把它最后歸因的一個結(jié)果叫熱失空，前面有一個是叫醞釀期，中間是加速期，最后是爆發(fā)期，總之這三個期就構(gòu)成了電池，特別是鋰離子電池不安全的一個路徑。
為了解決安全性問題，同行們也做了很多工作，簡要回顧一下。現(xiàn)在的三元特別是發(fā)展到高鎳三元以后，安全性就更加突出了。為了解決高鎳的安全，可以說同仁們也想了很多辦法。目前，三元特別是高鎳，由于它的能量密度高，在一些追求行駛里程的車上有不錯的應用。車畢竟要跑路的，行駛里程長是它一個普遍的追求。高鎳由于安全問題更加突出，現(xiàn)在成為了它在車上的一個最大的應用障礙。
已有的這些方案，我大概總結(jié)了一下：有從材料層面的，有從電池設計方面的。比如涂層，隔膜上做一些涂層，如涂氧化鋁，隔膜就不那么容易收縮，大家知道PE隔膜的熔點135℃，PP的165℃，超過這個溫度隔膜就會發(fā)生大面積的收縮。隔膜如果收縮了，自然正負極直接面對面，親密接觸，直接短路，所以隔膜要阻止它收縮，怎么辦？涂陶瓷，或者甚至用一些膠性的東西它與極片粘在一起，不讓它收縮，這是隔膜，現(xiàn)在也在用。極片涂邊也是一個辦法，這是CATL將陶瓷粉涂極片邊緣上，因為邊緣相對可能有毛刺，容易露出來毛刺扎破隔膜，造成短路，所以極片涂邊，涂氧化鋁，有利于提高電池安全性。
還有電解液里加阻燃劑，前面有博士介紹添加劑，好像沒有提到安全性阻燃這一塊，阻燃性添加劑也是電解液中非常值得關(guān)注的一個方向。電解液的阻燃劑也有非常有效的，今天不是這個主題，就不展開講。
還有是材料的混用，為了在安全性還有電性能以及成本之間取得權(quán)衡，比如三元里頭811加點111，或者加點523，它能量密度還比較高，但是安全性能有所改進。甚至加錳酸鋰，在性能、價格、安全性這方面取得權(quán)衡，我把它叫做材料混用。
還有是固態(tài)電池，前面很多同仁講了，固態(tài)電池是解決安全性的一個終極手段，大概是這個觀念。這也很有道理，因為沒有可燃的東西，它怎么燒？燒什么？沒東西可燒了。如果是固態(tài)電解質(zhì)用氧化物，它本來就是氧化物，沒東西可燒了。如果固態(tài)電池負極用金屬鋰的話，又有東西可以燒了，那是另外一回事?？偟膩碚f，固態(tài)電池也是解決安全性的一個比較重要的手段。
材料方面想的招就更多了，高鎳三元做成梯度化，外層包111，內(nèi)層811，來弱化安全問題。還有將三元材料表面涂層，涂氧化鋁等材料，提高它的安全性。等等。
這里頭同行的工作不非常仔細地講，總之有做梯度的，梯度有些工藝還是相對比較復雜，它的一致性控制也有一定的難度。最后還有在上面涂聚合物的，在三元材料上面做聚合物層，這有安全問題，溫度高的時候，它可以聚合，來阻止鋰離子的通過，達到一個提高安全的目的。
圍繞著三元的安全性，我們做了這樣一些工作。
第一個，也是做一種包覆，但這個包覆跟同行的有點不一樣。我們找到了一種有機材料，這種材料能在高溫下由室溫的導電變成高溫下不導電，差值很大，能讓材料在高溫下變得絕緣，通過這樣的方式來阻止三元材料。比如說它里面有很多電放不出來，來改善安全性。這是具備熱關(guān)斷功能的一種涂層，后面還會介紹一些。這個不但對安全性有幫助，我們測試的情況來看，對三元的循環(huán)壽命也有很正面的影響，這是一點意外的收獲。
方案二，我們做了一個集流體的工作，因為我們團隊對集流體做過比較多的工作，包括涂覆碳層，或者是長碳層，我們在這方面有很多年基礎(chǔ)，而且有產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，所以我們對集流體比較關(guān)注和了解。我們在集流體上做了功能涂層，這個涂層有兩方面的作用：一個是在溫度升高的時候，電池出異常的時候，它可以迅速地由導電變得不導電，變得絕緣，有點像保險絲。還有一個也是意外收獲，這個功能能達到什么效果？能在電池如果發(fā)生過充的時候，比如充電器壞了，控制電路壞了，發(fā)生過充的時候，它也能夠由導電變得不導電，變成絕緣，達到這兩方面的結(jié)果。總之從這些情況來看，都能夠?qū)θ姵氐陌踩杂袀€非常正面的改善。我們把這個統(tǒng)一稱為智能涂層，它能根據(jù)溫度改變它的導電性，根據(jù)它所處的電位改變它的導電性，有點類似智能的效果。
簡單地介紹一下我們的情況。普通的鋰離子電池是在電化學和安全方面權(quán)衡，我們的智能涂層既能讓電化學性能提升，特別是三元的壽命有明顯的提升；第二在正常溫度下幾乎沒有什么影響，不會對電池的性能造成負面的多大的影響。同時，壽命還有延長，能阻斷溶劑對三元材料的溶解。在出異常的時候，比如溫度升高的情況下，可以起到熱關(guān)斷，以及剛才說的過充，電壓高的時候它能變成一個絕緣體這樣幾方面的功能。
我們設計的這種材料在常溫下導電性非常良好，到110度導電性急劇下降。它是通過一個手段，我們把它包覆在811上面，以811作為例子，后面會介紹。然后做它的各種測試、各種研究，測它的安全性能，發(fā)現(xiàn)在高溫下原來室溫導電會變得不導電的效果。
它的制作過程是這樣的。首先是一個有機的化學合成，它是一個有機材料。合成的這種材料還能溶于有機溶劑，溶于溶劑以后，和811混合，我們通過手段能夠讓有機材料帶上與811相反的電荷，這樣在它與811混合的時候，能夠通過一個靜電自組裝，很均勻致密地包覆在811上面。這是它的制作過程。
這是一些微觀檢測手段（如圖），表明包覆上了，并且包覆得比較致密和均勻。這是電鏡的結(jié)果。
我們在室溫下對比了包覆和不包覆811的，做成電池，對比它大量的數(shù)據(jù)。比如電化學循環(huán)，充放電。最后充放電的情況來看，包覆的效果非常不錯，最上面一排是效率，下面在我們相同的條件下，容量剩余92.3％和72％，72％是沒有包覆的，92.3％是包覆了的，所以對壽命還有很正面的影響。
左上角是掃描電鏡圖（如圖）。我們發(fā)現(xiàn)通過幾百個循環(huán)以后，包覆了的材料它在循環(huán)多圈以后，它的碎化現(xiàn)象明顯減輕，這是它的一個好的效果。右下角的圖是我們X衍射的一個局部圖，這說明包覆了以后，通過多個循環(huán)，200個循環(huán)，材料的晶格數(shù)變化很小。包覆的和不包覆的這兩個差距比較大，這是它的一個優(yōu)勢。右上角是XPS的一個結(jié)果，同樣的也說明相同的問題，包覆以后它的材料電化學性能更好。
這是我們測的它的安全性。在沒有包覆的情況下，在110度的情況下，大家看這個材料就進行了關(guān)斷，如果沒有包覆，這個容量不會下降，仍然會放電，造成電池會大量的發(fā)熱。但是室溫下充滿，然后到110度，保溫一小段時間，然后容量就大幅度地下降。大家可以看到110度的時候，幾乎沒有容量了，是這樣的一個情況。這是通過一些理論計算來說明包覆在摻雜了六氟磷酸根以后，導電性大大增強，如果摻雜了以后，它會脫嵌，導電性會大幅度地下降。這是原理上的一個計算。
這是前面包覆材料的小結(jié)，說明對材料的安全性能有提高。第二個，對電化學性能也有提高，壽命明顯地延長。我們前面提到集流體，我們在集流體上做了涂層，用的是和前面的一樣的材料，那是包覆，這是做涂層。左邊的是鋁箔，中間是涂了涂層的，然后最右邊上下兩個是粘了811材料的，上面是表面的，底下是斷面的，這表明了這個層其實是涂的很薄一層。我們通過一些分析，表明這個涂上去以后是非常均勻的，底下是涂的，上面是沒有涂的，因為材料是含碳含硫的，從碳和硫分布可以看到它很均勻地包覆在鋁箔上面。
這個圖是這個意思（如圖），上面是普通的鋁箔做集流體的，前面幾個循環(huán)是小電流的，后面電流大一些，專門有意地做了幾個過充。把電池充到5伏，如果是普通的鋁箔電壓降回來后沒有什么變化，仍然是一個可以正常充放電的電池，說明普通鋁箔沒有過充保護作用，這在實際應用過程中可能會造成電池安全性的問題。如果我們包覆了的做了涂層的鋁箔，如果有過充，發(fā)生一次過充以后，后面電池就沒有電了，它就再也充不進去了，好像保險絲斷了，就能夠阻止電池出現(xiàn)了過充后還繼續(xù)用，導致后面一些安全問題的產(chǎn)生。這是一個實驗結(jié)果。這是普通鋁箔集流體電池經(jīng)過多次過充，沒有被保護，安全危險很大；這是容量的變化，大家可以看得到。有智能涂層的鋁箔電池過充后一下子容量會掉下來，沒有容量。
我的工作就向大家做這些簡要的匯報，謝謝大家。
