三洋：中村宏博士

1、三洋：中村宏博士【主持人：薛嘉渔】谢谢杨先生！下一位有请日本三洋公司过来的中村宏博士。BJSHENZHENCONVENTION&E日本三洋公司中村宏博士：高容量嵌入式化合物在锂电子电池中的发展【中村宏】非常感谢来邀请我参加此次论坛，我非常荣幸能够参加此次论坛。今天我会跟大家来讲一下我们一些基础的研究，关于两个材料的研究，这两个研究可以在较高的电位得到结构的稳定性，来提高阳极材料的容量。第一个是富锂的阳极材料，第二个是通过含钠层态交换获得的阳极材料(PPT)首先我先简要地介绍一下我们研究的背景，在市场上的锂电池基本上是用了钴酸锂来做阳极，用石墨做阴极，其中的一个问题就是怎么样来提高现在系统的钴酸

2、锂锂电池的容量，甚至是超过现在的容量。我们大家都知道，石墨的容量已经接近他里面的容量了，其中一个方法就是能够找到一个新的阴极材料能够给我们提供更高的容量，比如说铝阴极。另外一种就是来提高阳极的容量，今天我想从第二个层面就是提高阳极容量的材料上来讲一下这个问题。这个PPT总结了一下能量密度，能量密度的计算是用产品的容量X平均电位X实际密度，可以充电到一个较高的电位，实际上这种方法是来增加钻酸锂和其他一些材料或者是MCL材料的容量，提高他的能源密度。从这个数量当中我们可以看到把他充到较高电位是一个其中的方法来增加其中的密度。我跟大家分享的这些数据获得的渠道主要是来使用三个电极的测试电池进行的实验获

3、得的，另外还有这种铝的热风膜实验电池，它的正常容量是600800毫安时。我先来跟大家介绍一下富锂阳极材料，可以用这个公式来写一下，可以用一些过渡金属的地方，这是一个非常典型的公式，经常会标成为ICM材料，这个材料的特征就是他的容量是比较高的，能够超过200毫安时每克，可以降低钻的用量，这样的话你就可以降低成本。这个富锂的材料可以说已经得到了很多研究者的大量研究，有些人在位，这是一个参照的论文，很多的数据来自于这个论文。赛可维博士在上一次的会议中也参加了，还发言了。这个是我们富锂材料的电话特征，黑色是第一个循环，红色是第二个循环，这个容量是比较大的，是270毫安每克，最初的充电放电效率是比较高的

4、，这种情况下大概是83%。另外一个特点大家可以看到这里面有很大的差异，就是在第一个循环和第二个循环的曲线之中有很大的差异的。这个幻灯片解释了在文献当中可能的充放电的机理，对于这种材料来讲这种容量都是来自传统方法的氧化，将这种富锂材料进行氧化，4.4V的时候氧气得到氧化，材料当中释放氧，锰就会被捕捉。第一次放电之后，容量就可以通过这种氧化的还原反应，就是对于这种过渡金属的氧化还原反应，这种层状的氧化锰通过这种结构的变化，大家可以看到得到了这样的一个材料。这是XRD光谱，原始的情况还有第一次充电、第二次充电、第一次放电、第二次放电光谱的情况，大家可以看一下这个峰值在这个地方（PPT），第一个和第二

5、个充电的曲线是不一样的，主要的峰值有点发生变化，就是第一次和第二次这个充值的峰值有点向左偏了。第一次放电和第二次放电曲线是基本上一样的，充电是不一样的。另外我们也进行了XANES光谱的分析，这是通过Spring8，是日本分析的。这是镍的K线，这是钻酸的K线，这是第一次充电、第第一次充电、第二次放电，第二次放电我们进行了分析，基本上来讲这是一个非常好的镍和估氧化还原反应有很好的可逆性。这是锰的K线光谱，在第一次的这个地方（PPT）XANES光谱的锰是不可逆性的变化，这是第一次充放电。然后我们又看了一下氧化锰的价位是“4”这个地方的光谱我们进行了一下分析，然后在这个地方它可以看一下它是接近于4，充

6、电之后它主要的峰值稍微有点偏移了，这是在第一次充电之后。这就是我们XANES的数据，实际上是支持了我们在上个幻灯片里面所讨论的充放电的机理。但是这里面还需要更详细的结构分析才能更好地来理解这个材料。我们再来看一下，这个材料的的电化特征，这是不同的对于种植充电电压对于放电容量的影响，如果你想得到比较高的容量250毫安时的容量的话，可能要使这个电位到4.6V的情况才能实现这么高的容量。这个给大家总结比较了不同材料的能量密度，比如说钴酸锂终止电压在4.3V，钻酸锂终止电压到4.5V，还有V&C终止电压是4.5的材料，富锂给出了我们最大的体积密度还有排放的容量都是最大的，这是因为他跟其他的材料相比有很

7、大的容量。当然也有一些缺点，比如说跟其他的材料相比充放电的效率比较低，还有平均的放电的电位也是比较低的。压实密度也比其他的要低，因为过渡金属的问题产生了压实密度，这是我们目前需要克服的这些缺陷。这就是我们的铝复合薄膜热压的这种电池的特性，与前面三个电极的测试结果是一样的，你们可以看到更高的电容，如果我们是使充电电位更高的话我们得到的容量也就更高，表现出来的还是同样的电池，他的循环性能你可以看到他容量的急剧减少、衰减，在头20次循环当中，大家这个循环超过20次之后他这种衰退就减缓了。我们必须要对这种衰退的机理进行调查，这是正在进行的。下面我要跟大家谈一下第二种材料，也就是阳极材料他是通过这种离子

8、交换方式获得的，这是指那种层级材料当中通过离子交换获得。这张表给大家表现了量种钻酸锂的结构，一个是三维的钻酸锂结构，它叫做氧化钠结构，这是大家很熟知的，他对锂的托嵌，锂的托嵌会导致结构不稳定达到60%，他的结构变成不稳定了，如果把锂托嵌的话，在一个比较高的电位45的地方的时候会出现不稳定。还有一个O2型的钻酸锂，这种材料它的结构相对来说就会比较稳定，锂托嵌的时候结构的稳定性可以达到85%，在整个锂的容量当中来看。因为他的结构是非常稳定的，这个结果是由氧化钠通过离子交换来进行获得的。我们获得这种离子的方法是叫做溶盐离子交换法，我们这里面有这种过度的含锂的氧化金属来获取这种富锂过渡金属，然后我们使

9、用溶盐，这个公式当中可以看到我们用的是氯化锂。我们连续十个小时在空气当中工作温度提高到300度。在这个离子交换之前，我们的公式在左边（PPT），在最后一行的左边，之后经过锂离子的共识，我们钠的含量不足0.002的。这张幻灯片给大家显示出了富锂三元材料充放电的曲线，我们所的氧化含锂的过渡金属。其中一个，就是第一次充电它的容量低于第一次放电的容量，这是因为我们的锂缺失或者是锂赤字低于。但是我们在高过245的毫安时/克的大的放电容量，这个容量是可以逆转的，我们在第二次循环当中又看到这么大的放电容量。我们也进行了循环测试，这次我们用富锂三元材料的循环测试和钴酸锂进行比较，我们看一下他们的循环特性。我们

10、看到，充电的电压到达了5V,钻酸锂容量衰退得非常快，但是我们的三元富锂材料这种容量的维持却非常好，很稳定。这种过渡金属它经历了初次容量，后面继续维持，最后只是衰减5%，但是还能够维持95%。我刚刚给大家展示了这些富锂展示了非常大的含量当我们充电到4.8V的时候，我们X的演示图分析也支持可能的放电的机理，现在我们也在调查阳极材料是我们通过含钠的这种材料当中P2类型的来获得，他可以有很大的放电容量达到245毫安时，而且有很好的95%的循环特性，十次循环之后还能够维持，所以我们也找到了这种高能锂电池的阳极的很好的提高容量的材料。当然我们还有一些问题或者是很多的问题我们必须要去解决的，比如说我们如何维

11、持结构的稳定性，这可能是我们现在要解决的最大的问题。这种高压运转的时候怎么去维持他的电化学性，我们想以后还必须要进行进一步的结构分析来改善我们材料的性能、充放电的性能，而且要提高他本身的性能，所以我们要努力工作来使这些设想成为现实。非常感谢大家的聆听。【现场提问】您好，我是来自河南的，我们是做电池的正极材料。我的问题是，我们知道三元素确实比普通的钴酸锂可以充到更高的电压，但是我们知道下一步用电池的企业尤其是电动工具，他们想推动这种元素可能有点困难，我不太清楚是不是在日本已经允许或者是已经有这样的一种倾向，希望可以允许手机上的电池可以充到更高的电压，或者是可以在更高的电压环境下工作也是支持的。【

12、中村宏】首先非常感谢你用日语来问我问题，我想用英语来回答。首先我上面讲的这只是一个有潜在性可以产生高容量的电池，一个非常基本、一个非常初步的调查，当然我们的客户可能不会接受我们的这些建议，比如说更高的这种充电电压，因为会产生很多的问题。就是因为在这种很高电压的运转会导致很多的问题，但是我想我们的客户也要求我们来研发一个非常更高容量的电池，我指的是锂电池，这是一个未来的技术设想，非常初步的，但是如果我们能够用新的材料结合上安全和可靠性，我想我们的客户或者是你们的客户就会接受这种新技术、这种新材料，但是我想这也也确实是一种很困难的任务。【现场提问】您刚才说到了一个很好的未来会使用的材料。有两个问题

13、，第一个，循环寿命减少了5080%，主要的原因是什么呢？是因为阳极材料的衰退还是说其他的原因？哪个是主要要改善的地方？第二个，这种压实的能量密度是多少呢？比如说富锂材料，我是指这种电极的压实密度是多少。【中村宏】首先我想回答一下第二个问题。真正的密度实际上是比其他的材料要小的，当然这取决于这种压实密度。比如说这种不定型或者是他的材料，当然也取决于他的这种变形或者是形态的改变，还有我们刚才说的压实密度。如果你想锂电池的容量高，你就需要更高的复合材料，我指的电荷的材料。另外一个问题，我们现在正在投资于解决这些问题，我们还没有更多地去探讨这种高电压的运作，哪一部分是主要引发这种性能衰退的原因呢？还有这种结构的稳定性呢？都是我们要讨论的主要问题。我想我们现在也在检查电极它的氧化导致可能会发生的事故，还有电解液可能会导致发生的事务，这也是我们现在要研究的领域。【现场提问】非常感谢您的演讲，我有两个问题。第一，跟电解液有关的，你用什么样的电解液呢？因为是高电压的电解液总是会产生问题的。【中村宏】在这里面大家可以看一下（PPT），在这个检测当中