雷漢偉：用于先進電池的新型炭材料
圖為美國卡博特公司雷漢偉博士
雷漢偉：非常高興有這個機會跟大家介紹一下我們卡博特公司在碳材料的開發(fā)方面給儲能以及新能源方面的一些進展。
今天的報告分三個部分，首先有一個簡要的介紹，另外集中在兩個方面，我要說的是，所謂的先進電池并不僅僅指鋰電池，事實上鉛酸電池也是一種，我下面有一個部分也要講一講鉛酸電池在碳材料方面的應(yīng)用。
卡博特公司事實上已經(jīng)有130年的歷史了，是全球最大的碳材料公司，目前我們公司有50多個基地，在全球20多個國家（基地），在中國有上海、天津、常州、江西四大生產(chǎn)基地，還有相應(yīng)的辦公地點。
我們公司大概有幾大業(yè)務(wù)，第一個是碳黑，目前在全球是第一的，大概占有全球市場份額的30%左右，另外像氣象二氧化硅包括氣象二氧化硫，我們稱之為氣象氧化物，我們是全球第二大的制造商。
彩色色漿是基于卡博特碳的技術(shù)，在這個領(lǐng)域里面我們也是全球最大的。
活性炭是卡博特收購的一個業(yè)務(wù)，目前是世界上全球第二大制造商。
另外在色顏漿料上，應(yīng)用于石油開采領(lǐng)域里面，我們也是全球最大的供應(yīng)商之一。
去年下半年我們新成立了能源業(yè)務(wù)部門，主要是基于我們在能源領(lǐng)域方面的一些材料進行重新的組合，它也是我們在功能材料領(lǐng)域的一個業(yè)務(wù)部門，我們的這個業(yè)務(wù)有鋰離子電池、鉛酸電池、儲能相關(guān)的業(yè)務(wù)。在這個業(yè)務(wù)里面有碳黑、活性炭、氣象氧化物。目前主要的研發(fā)團隊是在北美波士頓附近，在儲能這個應(yīng)用里面，我們目前集中在三大塊，鋰離子電池、鉛酸電池電池還有超級電容器，每一個板塊里面有他獨特的幾種主流的產(chǎn)品，在鋰離子電池里面有50、200、300，在過去的會議當(dāng)中我曾經(jīng)做過一些介紹，今天我也要專門再介紹一下，主要集中在新的產(chǎn)品的開發(fā)以及最新的一些進展。
鉛酸電池有導(dǎo)電碳黑系列，還有氣象二氧化硅系列，用于膠體電池。
在超級電容器方面，我們除了自己有自己的活性炭以外，也開發(fā)了新興的導(dǎo)電碳黑。
我們的技術(shù)特點主要集中在卡博特的粉體的一些獨特的技術(shù)上和制造方面。常規(guī)的技術(shù)大家都知道，集中在二維的，比如說你改變顆粒的大小，以及改變它的結(jié)構(gòu)，顆粒怎么聯(lián)接、怎么堆積起來？卡博特除了控制一次、二次這個結(jié)構(gòu)以外，我們也發(fā)展了獨特的自己的表面的化學(xué)技術(shù)。
在鋰電池方面，我們特別進行了結(jié)構(gòu)性參數(shù)的調(diào)整，來達到幾個方面的調(diào)控，這個包括表面積，包括結(jié)構(gòu)，包括純度、結(jié)晶度，甚至是表面不同的積碳。每一個性能的改變都對電池的性能有很大的影響，我們有自己獨特的工藝，可以達到比較好的調(diào)控，同時得到比較好的電池的表現(xiàn)。
下面一個部分主要介紹一下卡博特在鋰離子電池方面一些新興的碳材料和新興的開發(fā)工作。
這個圖是一個很簡單的產(chǎn)品線的介紹。這一款產(chǎn)品是目前比較主流的產(chǎn)品，已經(jīng)被很多一流的廠家采用。
我們最近也發(fā)布了新的產(chǎn)品，這個是我今天要介紹的，這個新的產(chǎn)品我們進一步提升了它在電池上的表現(xiàn)，包括動力性能，包括能量密度等等。
這張圖稍微有一點擁擠，事實上兩年前我們已經(jīng)在這個大會上介紹過一些LITX200的情況，我在這里也不想重復(fù)了，但是并不是所有的聽眾都已經(jīng)以前的歷史。
LITX200是跟我們的競爭對手提供的不一樣的一個新的產(chǎn)品，當(dāng)時我們開發(fā)出來，它主要有以下幾個特點，首先在電池性能的表現(xiàn)上面有更好的容量發(fā)揮。LITX200跟常規(guī)的導(dǎo)電碳黑在相同的情況下有不同的提升，如果要達到同樣的性能，常規(guī)的導(dǎo)電碳黑你必須增加更多的載量才可以增加更多的效果。
在另外一個方面，電極碳材料的穩(wěn)定性也有很大的提高，這是一個很簡單的循環(huán)圖，這個圖只是碳材料本身加上粘結(jié)劑進行了一個定位掃描，跟常規(guī)的其他的幾種有代表性的碳黑進行了一個比較，我們的產(chǎn)品在整個范圍內(nèi)表現(xiàn)的是比較平緩的。
它可以轉(zhuǎn)化成比較好的穩(wěn)定性能，這個穩(wěn)定性能可以表現(xiàn)在兩個方面，一個是在循環(huán)壽命方面，容量發(fā)揮和保持力有比較好的提高。這個圖我們也放在了這里，它的高定位的穩(wěn)定性能特別好，可以滿足于現(xiàn)在流行的4.35伏，4.4伏甚至是以上的一些要求，這個我就不詳細講述了。
大家關(guān)注的這幾點，比如說倍率性能、容量發(fā)揮、穩(wěn)定性能、循環(huán)壽命以外，另外有一點就是加工性能特別的獨特。
這張比反映了漿料的黏度的情況，LITX200這個產(chǎn)品比其他市面上產(chǎn)品的黏度要低，如果大家要達到相同黏度的話，我可以使用較少的溶劑來提高它的黏度。
新的一代產(chǎn)品我們稱之為LITX300，它表現(xiàn)出了更加優(yōu)越的性能，這兩個圖就給出了一個很簡單的對比，這是在鈷酸鋰跟三元混合的一個體系里面做了一個很簡單的測試，我們在不同的倍率情況下比較了新的型號300以及200以及市面上比較流行的導(dǎo)電碳黑放電的性能，可以看到，在不同倍率情況下它的容量發(fā)揮有很好的提升。
它的本質(zhì)含義就是說，因為導(dǎo)電性能的改進，在右邊這張圖可以看到，電極的電阻事實上在300的情況下比其他的情況下要低很多。
我們這個新的型號推出來之后，除了需要改進以外，同時也希望提供不同的解決方案，現(xiàn)在大家也知道，有新的產(chǎn)品處理，類似于碳納米管，但是碳納米管是一個很昂貴的東西，我們也做過一個比較。事實上LITX200是一個常規(guī)的導(dǎo)電碳黑，這個是有本質(zhì)上的區(qū)別的。
我們這個特點你不需要預(yù)分散，你直接拿碳粉就要可以做出來，價錢也會低好幾倍。對終端客戶來講這是一個很好的解決方案。
我們也開發(fā)不同型號的產(chǎn)品，一個方向是石墨烯在過去幾年當(dāng)中，卡博特不斷的投入開發(fā)石墨烯的技術(shù)。你可以看到，它的維度、形貌、層數(shù)都有所不同。每一種對不同的應(yīng)用都有不同的表現(xiàn)，石墨烯并不是一種，石墨烯是一大類，這里面根據(jù)客戶終端應(yīng)用的要求，應(yīng)該開發(fā)不同的石墨烯的品品種來滿足客戶在性能以及成本上的需求。
回到鋰電池的這個應(yīng)用，我們可以簡單的舉兩個例子，包括我們現(xiàn)在目前發(fā)布的兩款產(chǎn)品，LITXG700和G300，這里有一些主要的技術(shù)的參數(shù)，我就不細講了。
下面這張圖給了一個很簡單的圖來表征我們這個LITX300在電池里面的性能表現(xiàn)。在這里面我們進行了比較，用1%的石墨烯、LITXG300和LITX200來做比較。首先你可以看到，石墨烯相對于碳納米管的用量可以減少好多倍，這樣可以給大家?guī)硪粋€成本的降低。
下面進一步給出了不同倍率情況下石墨烯和碳納米管的比較。這里面從0.2C一直做到了10C，倍率越高的情況下，它的差異化是越大的，在10C的情況下，石墨烯的表現(xiàn)超過了碳納米管。
右邊這個圖給出了它的倍率以及能量密度的變化，總的來說，可以看到，新的產(chǎn)品，石墨烯的表現(xiàn)在磷酸鐵鋰體系里面的表現(xiàn)還是非常優(yōu)異的，在其他體系里面還進一步的研發(fā)當(dāng)中。
石墨烯的表現(xiàn)跟你的制備方式以及分散方式有極大的關(guān)系，我們也在積極的開發(fā)怎么樣讓客戶得到比較好的結(jié)果，怎么引導(dǎo)客戶去分散，這是實現(xiàn)石墨烯價值的關(guān)鍵所在。
這個圖概括了一下石墨烯電池內(nèi)阻的變化，與常規(guī)的導(dǎo)彈天黑LITX200以及CNT一個簡單的比較圖。碳納米管這個內(nèi)阻還是比較高的。
上面仔細的介紹了一下石墨烯的新產(chǎn)品，概括我們整個的產(chǎn)品線，包括常規(guī)的導(dǎo)電碳黑，新興的LITX300，我們可以達到幾個要求，在性能上有提升，表現(xiàn)在容量發(fā)揮以及它的倍率性能，同時在穩(wěn)定性、安全性上有提升，表現(xiàn)在循環(huán)壽命以及過定位的電極的表現(xiàn)?？梢宰層脩羰褂酶俚娜軇┻_到更高的固含量，提高生產(chǎn)效率。
今天我沒有時間詳細去講，事實上我們的產(chǎn)品它適合于油性，也適合于水性。在水性的體系里面表現(xiàn)的非常優(yōu)異，以后再花時間講一講。
我們在成本上面也提供了非常有競爭力的不同的解決方案。
我在這里想利用已有的時間介紹一下卡博特在鉛酸電池方面的一些進展。目前鉛酸電池還是在二次電池里面占有最大的市場份額，遠遠超過鋰離子電池，并且鉛酸電池也感覺到了危機，也在開發(fā)新的體系，目前比較流行的是基于鉛碳的技術(shù)，目前大概有1500萬輛微混動力車，現(xiàn)在大家看到的寶馬、奔馳這些車，這種微混的已經(jīng)成為了它的標配，今后的一個趨勢，普通的車型慢慢也會成為它的標配。
鉛酸電池的應(yīng)用是非常繁多的，每一種應(yīng)用對它體系的要求是不一樣的，對它電池性能的表現(xiàn)是不一樣的，你可以看看鉛酸電池可以在擦車上、通信上都可以應(yīng)用，每一種應(yīng)用對你的循環(huán)、深度放電的要求是非常不一樣的。
總體來說，不同的應(yīng)用通過一個簡單的碳的技術(shù)，可以解決很多本質(zhì)性的問題。通過選擇不同碳的品種、碳的載量以及配方的改進，電池性能就可以得到很好的特生。
鉛酸電池有四大類別，包括儲能、通訊用的，基于每一種的應(yīng)用卡博特都開發(fā)相應(yīng)的新興的導(dǎo)電碳黑，這里就概括了不同的導(dǎo)電碳黑一些基本的參數(shù)，它的雜志含量也要得到嚴格的控制，里面主要是鐵（表現(xiàn)靈敏）。我們也為每一種應(yīng)用為客戶提供了相應(yīng)推薦了一個使用的范圍和方法。
話說回來，鉛酸電池改進的本身在于它的硫酸鹽化，不管怎么樣，我們應(yīng)該在四個方面進行提升，一個是要改進充電接受能力，另外一個要改進部分循環(huán)壽命，鉛酸電池因為引進了新興的導(dǎo)電碳黑，它的導(dǎo)電性能大大提升，它的硫酸鹽化得到了抑制，同時我們也發(fā)現(xiàn)，由于碳的引入，它容易引起濕水的問題，這是大家值得關(guān)注的問題，同時由于碳的引入，它容易導(dǎo)致一些空隙的阻塞。
下面我來報告一下結(jié)果，PBX09和PBX51，在AGM里面的表現(xiàn)，常規(guī)的沒有碳的引入的話，它的循環(huán)壽命是非常差的。常規(guī)的電池體系，要通過配方等方式的改進，這邊基本上有一個1到2個數(shù)量級的提高。
這一張圖表就概括了我們在鉛酸電池新興導(dǎo)電碳黑方面一些開發(fā)的路線圖，現(xiàn)在已經(jīng)有關(guān)的有55、09、135甚至是51，每一種操作的難易度也會有不同，表現(xiàn)也會不一樣。但是不管怎么樣，我們還在開發(fā)新一代的產(chǎn)品，我們今后也希望可以不僅滿足在充電接受能力循環(huán)壽命的需求的同時，同時在水的抑制方面也何以得到大幅度的提升。
卡博特是全球頂級的碳材料公司，我們也希望這方面的經(jīng)驗和技術(shù)能給能源工業(yè)帶來新的解決方案，這個不僅是性能的提升，同時也帶來成本的可控。
在鋰離子電池方面，我們的LIXT系列業(yè)提供了一些新的思路，也歡迎大家能夠跟我們聯(lián)系。
在鉛酸電池方面我們的PBS也有很好的表現(xiàn)，這里面有一些方面要注意一下，尤其濕水方面，在配方材料的優(yōu)化上，這些問題都可以得到很好的抑制。這是我今天要給大家報告的，謝謝！
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