中美通用电池有限公司黄穗阳博士演讲

中美通用电池有限公司黄穗阳博士演讲

10月23日消息，第五届华南锂电(国际)高层论坛于2010年10月22日至23日在深圳市民中心大礼堂举行，本次论坛主题为中国锂电，从

10月23日消息，第五届华南锂电(国际)高层论坛于2010年10月22日至23日在深圳市民中心大礼堂举行，本次论坛主题为“中国锂电，从制造走向创造!——2010对话储能和动力”。

来自中国、美国、英国、德国、澳大利亚、日本、韩国等全球各国政要、商会领袖、锂电专家、能源专家、投行机构、金融机构高管汇聚深圳“剑”指新能源。

“华南锂电高层论坛”自2006年起迄今已成功举办四届。“第五届华南锂电(国际)高层技术论坛”包含国内外新能源巨头演讲及对话、行业优秀技术论文演讲、优秀获奖论文评选、年度十大风云人物评比、中国最具价值的新能源企业评选等。

腾讯科技作为官方指定独家战略合作门户对本次论坛进行全程直播报道。

以下为中美通用电池有限公司黄穗阳博士演讲的文字实录：

谢谢主持人，大家下午好!刚才已经有不少讲者已经谈到了锂锰电池的这些特点，大家也知道在储能型、在动力型的电池中钴酸锂已经出具了，剩下的实际上就是三元材料、锂锰、锂铁这三种正极的材料，三元材料还是含有钴酸锂，钴酸锂的资源奇缺安全性较差，在这里我不想谈三元材料作为动力性和储能型，我把我的焦点集中在锂锰和锂铁的对比上。我首先谈尖晶石的锂锰，后面会谈成状的锂锰的正极材料。大家知道锂锰实际上发明的时间很早84年就申请了美国专利，这个美国的专利到现在实际上已经基本过期了，锂锰的尖晶石大家不需要再付专利费。锂铁材料目前还在专利期的保护内，在美国有三家公司在为专利权所有的问题还在继续争执。由于专利的原因还有其他的各种原因，实际上日本在美国大量推动锂铁电池的时候从04年日本就宣布不用锂铁材料作为他们的动力型和储能型的电池，以日本工业界为代表集中在锂锰的材料上来做很多的研究工作。我个人认为中国具有很多的

氧化锰的资源，我们在这个方面是不是也可以认真去考虑一下锂锰和锂铁的特点，基础特点、专利特性还有其他的这些结构上的优缺点，我集中在这两个材料上先谈一下。

大家早就知道锂铁材料是一维的锂离子通道，锂锰尖晶石是三维的锂离子的通道，由于结构上的不同他们的锂离子的电导率有比较大的改变，大家也知道锂铁他的原始材料不经过添加剂和表面的纳米化处理的话他的导电率非常低，实际上锂锰材料不经任何的处理锂离子的导电率已经达到10的-20次方跟钴酸锂像接近了。在电压的平台上大家也可以看到，锂铁有3.2V锂锰有3.7V、3.8V，他的克容量有一些区别了。大家最关心的尖晶石的锂锰材料的循环寿命，有两个原因导致循环寿命比较差，一个是锰离子在充电的过程当中会溶解到电解液里面去，第二就是相变他的效应会导致尖晶石的相会逐渐退化，由于这两个原因使得锂锰尖晶石在过去的一段时间大家认为他的高温性能和循环寿命是障碍他用于动力型和储

能型电池的一个一些问题。

我们现在重点谈一下通过哪些手段和方式来改变循环寿命，第一个就是通过材料晶格结构的改善，我们增加一些结构的添加剂，比如钛、镁、镍，把参到锰的结构中使他的结构稳定不再产生相变，同时由于钛镁镍他们的离子半径比较小间强比较大，他们能够固定住锰离子不要在循环的过程当中融入电解液中，这是一个方法。第二个方法是在颗粒表面包覆，包覆氧化钛和氧化镍的材料，使锰离子在充电的过程当中和电解液接触的时候氧化性减少减弱，刚刚说的两种锰离子溶解和相变的这些衰减的因素得到环节。第三是在电池工艺的操作过程当中做一些处理。第四就是在电解液里面进行优化。

我们先看看晶体结构的改变，也就是说掺杂添加剂以后并没有使他的尖晶石的结构发生变化，也就是说我们确认我们掺杂进去的这些钛、镁、镍进入到了尖晶石的晶格结构中能够起到一个固定和稳定的作用。从这个放大镜上可以看到他的掺杂以后的尖晶石锰酸锂的结构非常完整，这是包覆以后的尖晶石的锰酸锂，表面的棱角包覆了以后是稍微圆滑一些，我们在正极材料的配置的过程当中采取了干混的方式，也就是说我们把过去直接导电碳和溶剂混合完了以后再把尖晶石锰酸锂的粉末放进去调整。我们先把尖晶石锰酸锂跟碳干混，跟导电石墨再干混，把干混之后的导电碳先包覆尖晶石的锰酸锂表面再被导电石墨再次包覆，之后再混到溶剂里面去，再给他包覆到铝箔的表面，这样的过程当中使导电性得到改善。这

是实验的结果，首先55度之下不同的电解液可以看到他的循环寿命由普通的电解液到了250周下已经衰减到50%了，这种状态改善到500周66.8%，这是电解液的优化。第二我们用一个4Ah的软包的电池在一放一充的条件下充放周84.2周还有82%的初始容量。另外我们用一个钢壳的电池5Ah的电池充放电2724周进行的实验，在2700多周的时候还有63%。这个实验是用小一点的电池，用4Ah的软包在5吸充17放的条件下做了3000周还有58%的初始容量。是刚刚提到尖晶石的循环寿命的实验，我们可以看到通过我们提到的结构的改善，还有表面的包覆，还有正极材料混料的优化，还有电解液的优化，这四项改善之后，尖晶石锰酸锂作为动力型和储能型的材料应该是不逊色于锂铁电池的。

接下来我想把这个题目换到成状的锰酸锂上面来，还是以氧化锰为主，我们用液相共沉淀的方式制备了锰镍二元体系，这个镍大约含10—30%左右，做成一个晶体相当于二次结晶的结构，他在X光跟成状钴酸锂的图状是非常相似的，我们鉴定这是一个成状的二元的钴酸锂。我们用充放电的实验在2.5V、4.8V0.275Ah的条件下，在充放电的情况下我们可以得到2Ah公斤的这样一个克容量，我们把充电的电压降4.2V以后，我们在软包电池进行实验，做到400周78%左右，这是成状锰酸锂的一个实验结果。

我想把锂铁和锂锰进行比较，大家知道锂铁的最大优势就是他的循环寿命有200周以上，但是他的体积能量密度和重量的能量密度都相对逊色一些，尖晶石的锂锰更逊色于成状的锂锰材料，在价格的方面我们先谈材料价格，锂铁他制备的过程当中虽然现在用的是磷酸铁和碳酸锂的合成方式，但是磷酸铁的制备过程还是很多使用有机铁和有机磷合成的，有机物在合成的过程当中有大量的挥发，烧结的过程当中有大量的挥发，到生成物的时候实际上只有60的收集率，价格就会比较高。在安全性的方面这三种材料应该说是接近的，最后就是专利，锂铁有专利的这种风险，尖晶石锰酸锂和成状的锰酸锂应该来说对我们来说是最安全的一个正极材料的选择。

在这里我谢谢大家给我时间。

【主持人】谢谢黄博士的介绍，各位在座的嘉宾有没有什么问题要请教的?