陳牧：柔性薄膜鋰電池中試型試制、變溫熵變性能研究
5月24日，CIBF2018 第十三屆中國國際電池技術(shù)交流會展覽會在深圳會展中心開幕。北京航空材料研究院陳牧博士在技術(shù)交流會上發(fā)表主題演講。以下是演講正文：
我的題目是柔性薄膜鋰電池中試型試制、變溫熵變性能研究。
我們在電池方面并不是專家，但是我們在薄膜方面是專家，我們在這方面已經(jīng)做了20年，我們研發(fā)了很多柔性的聚合物的平面材料，還有觸控板。我們現(xiàn)在已經(jīng)研發(fā)了柔性薄膜鋰電池以及電化學(xué)窗口的架構(gòu)。我們用真空來涂抹，如果對這方面非常感興趣，對于TFLB感興趣，我們可以說一下這方面的問題。同時我們還提供了各種測試，還有評估，還有表征。這是我們測試的一些設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室，研發(fā)實(shí)驗(yàn)室超薄膜的鋰電池，還有EC的窗口，這是卷到卷真空的噴涂方法。
我們可以看一下這里，這是我們陰極真空的噴涂，這是一個切割的情況。再回到鋰電池，這是固態(tài)的鋰電池，剛才張先生已經(jīng)談到了，我們是高溫下的運(yùn)行情況，硫化物和硫氧化物的運(yùn)行情況，在室內(nèi)溫度下導(dǎo)電率比較高。據(jù)我所知，這個鋰電池是唯一可商業(yè)化、可量產(chǎn)的電池，可以在亞馬遜或者是外國的這些網(wǎng)站上看到一些供應(yīng)商，但是有些時候是沒有辦法運(yùn)到中國的，我們看一下這些柔性電池，這是我們一些展示的材料和項(xiàng)目，它們的性能是完全好的，放到水里面是完全沒有任何反應(yīng)的，我們還可以切割它，然后把它放到軟包當(dāng)中放到水里面，還是安全的。另外還有一些柔性電子化的設(shè)備，比方說手機(jī)這些電子，還有太陽能。我覺得我們的產(chǎn)品是可以做到這一點(diǎn)的，我們是用不同的容量來分我們的產(chǎn)品，比方說在50毫安時以下的是用在電子產(chǎn)品當(dāng)中，如果是1-10的范圍…可以用于追蹤我們的健康信息等等，因?yàn)樗梢詮澢梢愿玫膸椭覀兪褂谩?/p>
這個實(shí)驗(yàn)室其實(shí)有很多領(lǐng)軍人物幫助我們更好的進(jìn)行研究，有一些公司其實(shí)也有說到它們可以提供相關(guān)的產(chǎn)品，但是真正的只有兩家公司可以在線上賣這個產(chǎn)品，這個是我們產(chǎn)品線產(chǎn)品的工廠，有鋰硅的電池等等。我們現(xiàn)在的進(jìn)展有哪些呢？TFLB，我們知道電池的發(fā)展已經(jīng)有30多年的歷史了，國家的實(shí)驗(yàn)室從20年前開始進(jìn)行相關(guān)的研究。我們看到正極情況，用殘雜的方式來做，我們是在室溫的情況下大概是4微米，但整個電解液是非常薄的。而對于負(fù)極而言，我們用硅基為主的復(fù)合物，在首充的時候，在負(fù)極當(dāng)中做的。
我們認(rèn)為材料并不是重心，而工藝才是最重要的。我們可以看一下，之前制造這種TFLB的方式，它們有兩個特征，要進(jìn)行輻射，然后是要以非常低的沉積率進(jìn)行制造。我們現(xiàn)在所用的這些柔性材料，想要更好的提高它的導(dǎo)電性和一些其他的性能特性。大家可以看一下，我們這個層之前是6層，我們只要用到4層。過程當(dāng)中所用的材料就是卷到卷的材料。這個工藝是這樣的，首先是由柔性的材料，如左下圖所示，大家可以看一下這個視頻，首先看到聚合物，在底部會有一些其他的機(jī)層，所以我們也會用到柔性的玻璃硅和聚合物。我們做的鋰電池，這是涂附之后，LiCO可以用做稍候的步驟。這是我們的原材料，我們的合作伙伴希望我們能把它量產(chǎn)進(jìn)行商業(yè)化。我們可以看到，有板的，還有圓柱形的。由于殘雜的問題，在LiPON有非常高的成績，可能一小時都能高達(dá)600微米的成績。這個離子的成績有些時候受溫度的影響，我們需要想道不同的產(chǎn)品所帶來的成績的影響。這是卷到卷的噴涂，我們可以看到LiCO是達(dá)到幾個微米，電化學(xué)度的表現(xiàn)是什么樣的呢，循環(huán)的周期是700個周期，我們也測試了小電池在系數(shù)率進(jìn)行放電的情況，在5C和10C的放電分別可以達(dá)到95%和92.5不能的倍率。
這是我們自己的電池和其他廠商電池的對比，可以看一下我們的容量是很高的，我們的面積也很大，它的循環(huán)壽命也很大。可以從1-6毫米。當(dāng)然，TFG產(chǎn)品是比較柔性的材料，這是我們發(fā)展的路線圖，我們有4.0的版本，我們通過能量密度進(jìn)行區(qū)分的。同時，我們可以看到不同代的產(chǎn)品的厚度是什么樣的，還有電解質(zhì)膜，最開使用的是有機(jī)的，到最后是混合的選擇。我們所提供的是全方位的解決方案，
我們在倫敦大學(xué)帝國理工材料研究所有一些研究，教授提到熵變的情況，熵變有些可逆，有一些不可逆，可逆的是A，我們可以計算A。可以看到部分溫度變化是什么樣子的，這只是對于半電池有用的，對于正負(fù)極都是沒有辦法看到的。但是對于我們這個產(chǎn)品而言，用鋰的情況，我們可以看到LiCO通過電壓溫度的變化起到什么樣的熵變。另外，我們還有熵變的圖示，我們可以控制溫度，然后做非常快速的溫度變化，去看到電壓變化，當(dāng)然還可以進(jìn)行充放電的實(shí)驗(yàn)，在家用系統(tǒng)中就可以做到。
然后，我們看到不同電壓的改變，我們就可以看到它的圖表，我們有4個方法來進(jìn)行計算。比方說提高整體電壓的釋放，然后會有測量。之前測量需要花費(fèi)的時間長，幾周的時間，我們花費(fèi)的時間比較短。
在A可以看到三個這樣的高峰低谷，比如說3.1伏、4.1伏、4.3伏，會有三相的變化，也有兩相的變化，還有單相的變化，從六邊形變成單邊的過程。如果我們對比它的容量衰減，也可以看到它的變化過程，CV只是看到一個峰值，但是如果我們看到這種不同峰值的比較和變化，就可以看到這種熵變給我們帶來的一些意義和影響。這些數(shù)據(jù)就可以更好的幫助我們理解TFLB的個性，它的特點(diǎn)，它和室溫是有關(guān)系的。
再看一下過充的情況，可以看到在40個循環(huán)之后，它的變化是非常明顯的，而在溫度之后，它也有峰值的變化，這個峰值是越來越靠近了，突然就是兩個曲線全部都同時進(jìn)行衰減。
我們認(rèn)為電池可以幫助我們以不連續(xù)的方式研究電池的變化，同時這種柔性電池還可以幫助我們監(jiān)測一些相關(guān)的數(shù)據(jù)，我們是以很多的方式把它進(jìn)行卷曲。另外就是電池組，三個電池平行放置，三個電池以一系列的形式放置，有一些非常小的溫度的變化，我們可以看到電流和電壓方面的改變。它的循環(huán)壽命也非常好，我們的機(jī)構(gòu)正在研究這種柔性的TFLB，再正座中式線，決定做大規(guī)模的生產(chǎn)。我們做了一些根本性的研究，它是柔性薄膜材料，也做了很多機(jī)械彎曲的測試。
提問：關(guān)于它的應(yīng)用，現(xiàn)在做面板的公司已經(jīng)可以把面板做的很薄，可以折疊，他們認(rèn)為短板的電池，您認(rèn)為要多長時間可以符合他們的要求，可以低成本的進(jìn)入穿戴設(shè)備，或者是AI、VR要求折疊或非常小的設(shè)備。您剛才提到折疊的問題，目前的面板可以折疊10萬次，不知道這個電池目前可以做到折疊多少次？
陳牧：我們細(xì)分了兩個領(lǐng)域，一個是容量非常小的，可能用在芯片上或是面板上的，幾個毫安時的，現(xiàn)在灣區(qū)的次數(shù)，之前測的是一萬次，后續(xù)還要做新的測試，能不能到10萬次還不確定。另外就是消費(fèi)類電子產(chǎn)品，它的容量還是偏高的，至少是上百個或上千個毫安時，現(xiàn)在電池，做的最大的國外還是30毫安時左右，還是有代差，我們希望用更小一點(diǎn)的電池領(lǐng)域，也是希望跟你們做一些對接。下面可以交流一下。
（根據(jù)速記整理，未經(jīng)嘉賓審閱）
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