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锂离子电池水系和油系的分别是什么

钜大LARGE  |  点击量:6681次  |  2018年06月01日  

摘要
不管是什么制浆工艺,最终的目的是要把正负极粉以及导电材料与集流体紧密结合   水系--DI水(溶剂),CMC(增稠剂),SBR(粘结剂)   油系--NMP(溶剂),PVDF(粘结剂)

   不管是什么制浆工艺,最终的目的是要把正负极粉以及导电材料与集流体紧密结合


  水系--DI水(溶剂),CMC(增稠剂),SBR(粘结剂)


  油系--NMP(溶剂),PVDF(粘结剂)


  正极材料多采用油系,虽然内阻会偏大,但是制浆效果好,而且极片致密,同时也能避免水分的引入产生电池胀气等等优势


  水系和油系是针对负极来区分的。


  水系采用去离子水做溶剂,提高电池安全性,稳定性,缺点是粘结力低


  油溶剂为NMP,粘结力高,过程处理麻烦


  是指浆料配制使用的粘合剂,水系一般是LA132,这种在制备浆料过程中好控制一些;油系是只用有机体系,NMP为溶剂的粘合剂,这种在制备过程中需要密闭搅拌,而且有毒。


  水系离子电池,也俗称为盐水电池。最大的区别就是把易燃易爆的电解液从有机项改成盐水。最前面的这个能量密度和功率密度通过这种盐水电池,简单来说就是牺牲了这两个特性,你要在一个电池里面把刚才这些特性全部做到的话非常具有挑战。就是说基于储能这么一个特殊的应用,就是说不用搬着这个电池跑来跑去,我先把这个能量密度和功率密度如果说是用于太阳能这种光伏的运用,应该说这个功率密度也不是非常重要,如果把这两个东西暂时牺牲一下,我比较极致的来追求安全性、循环、成本以及可持续性,就是所谓的回收利用,在材料的选择上选择非常低的成本,在工艺上也在一个比较开放的环境里面,可以低成本的生产。最后就是我们希望这些材料有它的回收价值,就是收回来还可以用,它有价值,不是说要花很多钱、很多成本去回收。就是说在早期的设计上就做到回收起来非常容易。这个水系离子电池也不是凭空冒出来的一个东西,也有长期研发的历史,最早可以追溯到1994年。这个研发从那个时候开始就持续不断,一直到最近为止都有这个水系离子电池的研发,但是这个产业化的进程比较滞后。如果去查锂离子电池的专利,估计可以查出上十万件,但是要查这个水系离子电池的专利的话还真不多。最早是由于这个加拿大的著名的锂离子电池的科学家申请了这个方面第一个专利,是1995年,这个专利已经过了20年,已经过期了。后面在2005年由复旦大学的两位教授发了一个专利,这个也比较早。接下来是在美国的CMU,这个大学的教授也发了专利,在中国和美国都申请了专利。这个大学的教授得到了比尔盖茨和KPCB著名的风投投资,并在美国进行了水系电池的产业化。恩力能源是跟复旦大学的夏教授、王永刚教授合作,我们现在是一种合作关系,并在2005年从复旦大学获得独家专利,然后开始了的研发和产业化的道路。


  在水系里面要把这个电池做稳定,这里面最大的一个挑战就是“水”。有过电化学背景的人都了解,这个超过了1.23V就要分解,不可能像锂离子电池一样做到3.7V或者说更高的电压,它曲线在了你要选择合适的这种正负级材料。现在市面上所有的这种铅酸和镍氢、镍铁等等这一类的电池广义上来说也是叫水系电池,反正要么是酸要么是碱,市场上还没有在中性水里面的电池,至少还没有产业化。它的难点是你要在这个中性的水里面找到电堆,正好卡在这个水分解的窗口里面,而且可以循环,我觉得这是一件挑战的事情。随着现在材料技术的发展,这个事情也是可能实现的。就是说不单是要找到这个材料,还是非常廉价的材料,还要解决腐蚀的问题。另外现在这个负极材料是很关键的,你要找到适合在中性水系里面稳定循环的,还有一定比容量。同样新的电池都面临同样的挑战,就是说你的生产设备、工艺也不可能现成的可以买到,需要从工艺和设备的开发同时一起来做这件事情。恩力能源经过了接近5年的技术攻关,现在应该说我们认为我们解决了这一系列的问题,2017年我们将进入量产阶段。


  刚才我提到这个回收,回收这个事情我觉得铅酸电池和镍氢电池这一类的广义的水系电池是可以实现材料的回收再利用,而且回收再利用这件事情本身是有价值的。刚才说锂离子电池要投入成本去回收或者去处理,基本这个回收原材料里面有价值。我们这个体系里面最主要的可以值得回收的材料,这个壳体形式上看上去和铅酸的差不多,都是可以粉碎再利用。另外就是集流体,这是经过防腐处理的金属,这个金属经过长时间使用以后防腐层下降,要把这个锈去掉之后再保护起来。另外是电极材料,我们这个本身是氧化物,简单的说就是打打碎、分一分再烧一烧应该就可以再用了。我认为这种电池的设计,上午的锂离子电池还说到谁是这个旧的电池的负责人或者主体。我们认为我们这种电池如果卖出去的话,很想把这个电池自己收回来。如果10年之后这个电池不能用了,或者多少年以后这个电池不能用了,我愿意把它收回来,因为它里面还有价值。这个是我们的一个单体电芯,大概充放电曲线是这么一个形象,跑了接近2年的电池,现在跑了3千次,也在衰减。这是两年前的水平,它是一个3000次的循环。经过两年的努力,我们现在的电池会比这个有很大的提升。


  这个是我们这个电池的技术性能和在美国有这么一家同行,他们算是在这个行业里面的一个先行者,比我们提早了三五年开始了这个产业化。我们跟他们的电池技术指标从能量密度到倍率和循环寿命,可以说在各个方面目前在电芯层次上的水平都超过它。我们电芯的设计是模块式,可以从这么两个单电芯的串联可以继续串出一个48V的模块。这个像搭积木一样,一个灵活的堆砌。国外有住这些别墅的家庭,比如说德国、日本、美国、他们的屋顶很多都已经铺上光伏了,早期是靠国家的补贴,然后卖电。一边卖电一边从电网买电。这种方式德国2020年就停了,这种补贴就停了,日本也会跟着学。另外是他们会补贴储能,你可以自发自用。比如美国这种地方有地下室,堆点电池也有这个空间。因为我们电池的短板是比较大,如果你有地方可以放下的话它是比较安全和环保的东西,这种家庭应用是一种场景。还有就是商业应用,再接下来做的更大一点就是微网应用。


  就是说我们做的这个水系离子电池,可以用电钻打进去把里面的水放出来,它还会继续的工作,不存在安全问题。它不仅可以长寿命、低成本,最关键的是我们还可以回收。恩力能源申请了电池的再现修复,当这个电池出现问题的时候我们可以让它中途再活过来。如果是一个开放的体系的话,水系电池都可以有机会让它再活过来,即使是死了也可以回收,我们有专利的保护。恩力能源是一个创业型的初创企业,最近清华大学战略入股了恩力能源,现在恩力能源和物理所、复旦、中科大一系列的国家队一起承建了十三五的国家重点研发计划的智能电网技术与装置的钠基储能电池项目。另外恩力和清华大学一起组建这个储能技术产业研究院,在这个研究院里面是要做储能这个行业,所以不排斥任何电池,这个里面有锂离子电池,有铅酸电池也有我们的水系电池,欢迎大家一起参与到我们这里。谢谢大家。


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