隨著2018年補貼新規(guī)的發(fā)布，降低成本和提升能量密度成為動力電池企業(yè)關(guān)注的焦點。然而在實際的應(yīng)用過程中，常規(guī)方法在提升能量密度的同時，卻很難保證理想的循環(huán)壽命，也存在熱失控的風(fēng)險。
那么有沒有一種材料可以在幫助提升電池能量密度的同時，還能確保電池的安全穩(wěn)定和高效循環(huán)？
“從常規(guī)原理來說，要提升電池的能量密度就需要增加活性物質(zhì)，但活性物質(zhì)越多，導(dǎo)電性就存在問題，就需要助導(dǎo)劑的幫助。”賀利氏蓄電池技術(shù)公司大中華區(qū)業(yè)務(wù)副總裁李克勤在接受OFweek鋰電網(wǎng)專訪時表示，助導(dǎo)劑需要打破傳統(tǒng)的電子助導(dǎo)的思維局限。
但是目前市場上的助導(dǎo)劑，主要以電子助導(dǎo)劑為主，無論是superPE、CNT還是未來的所謂的石墨烯材料，主要都還是以電子助導(dǎo)劑為主。這種方法使電子導(dǎo)通了，但離子卻不動，在很大程度上影響了傳導(dǎo)效率，從離子導(dǎo)通的角度出發(fā)提升鋰電池的導(dǎo)電性也就成為一種新的思路。
這種主打離子傳導(dǎo)的合成碳添加劑會給動力電池帶來哪些革命性的影響？OFweek鋰電網(wǎng)特意對賀利氏蓄電池技術(shù)公司大中華區(qū)業(yè)務(wù)副總裁李克勤進(jìn)行了獨家專訪，解開神秘助導(dǎo)劑背后的秘密。
另辟蹊徑 增強離子傳導(dǎo)率
突破常規(guī)的離子傳導(dǎo)是如何做到的呢？
李克勤介紹，Porocarb系列是專為要求異常嚴(yán)格的電化學(xué)應(yīng)用而量身定制的多孔合成碳粉，這需要將孔隙分布設(shè)計成為具有良好的動態(tài)親和性。
“我們這種材料以離子導(dǎo)電為主，一般的鋰離子會偏大些，我們把合成碳顆粒做成多孔性的顆粒狀，而且我們的顆粒本身夠小，而且夠均勻?！崩羁饲谟镁W(wǎng)球和籃球來舉例，把一個籃球跟幾十個網(wǎng)球放在一個籃子對比就能發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)球因為體積小接觸面更多，而接觸面更多其通導(dǎo)性就越好。
除此之外，這種小顆粒里面還有孔徑，而且孔徑也是一致性的。一致性的顆粒狀搭配一致性的孔徑，就能夠造成離子的自由流動，從而在整體上增強提高鋰電池的導(dǎo)電性能。
事實上，從結(jié)構(gòu)原理上來看，賀利氏Porocarb系列為新一代電池電極添加劑樹立了標(biāo)桿。Porocarb具有精心設(shè)計且結(jié)構(gòu)清楚的內(nèi)部孔隙度，它不但能確保電極內(nèi)的電子連接性，更可以提高離子傳導(dǎo)率。多孔碳粉有助于構(gòu)建先進(jìn)的電化學(xué)系統(tǒng)，實現(xiàn)了目前標(biāo)準(zhǔn)碳導(dǎo)電劑無法實現(xiàn)的目標(biāo)。
賦能動力電池 提升能量密度
增強導(dǎo)電性不一定就能提升電池的能量密度，Porocarb系列多孔碳粉作為一種添加劑，其本身并不具備拉升能量密度的化學(xué)特性，提升能量密度又是如何做到的呢？
幾乎在所有電化學(xué)系統(tǒng)中，提高能量和功率的種種措施都將對離子和電子轉(zhuǎn)移造成限制。如果同時還需要快速高效的轉(zhuǎn)移離子（動力學(xué)）和電子，這就需要智能工程和先進(jìn)的材料解決方案。
為了提高電池的能量密度，需要盡量減少電池中的非活性材料。增加電極厚度是減少非活性材料（例如：集流器）的方法之一，但這將進(jìn)一步引發(fā)關(guān)于批量傳輸和電荷傳輸?shù)膯栴}，并且需要對孔隙分布進(jìn)行精心設(shè)計。
添加賀利氏的Porocarb系列后，可以在提高電極面密度和提高壓實密度的條件下維持離子通道和電解質(zhì)供應(yīng)。與含有一般導(dǎo)電劑的電極相比，互連的孔隙網(wǎng)絡(luò)有助于電極液更快速的滲透到大部分電極之中。
“鋰離子能夠自由流動就能大大增加活性物的比例，另一方面也就減少了其它助導(dǎo)劑的比例，從整體上來就在客觀上為提升電池能量密度創(chuàng)造了有利條件。”李克勤解釋，Porocarb系列合成碳功能性添加劑對電池性能的提升起到賦能的作用，通過改善鋰電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化來達(dá)到提升能量密度的實際效果。
這種賦能的作用還體現(xiàn)在跟其他材料的配合上，比如，這種多孔碳跟納米碳管配合，納米碳管是電子材料。就相當(dāng)于在有洞的球中間穿了一些線，這個線就是納米碳管，二者合在一起既節(jié)省了內(nèi)部空間，也進(jìn)一步加強了通導(dǎo)性。
這種來自結(jié)構(gòu)上的改變，為增強鋰電池的壓實密度打下了堅實基礎(chǔ)。用常規(guī)的方法將電極壓緊會留下很多副作用，包括影響導(dǎo)電性能和循環(huán)壽命，但這種結(jié)構(gòu)上的改變反而增強的導(dǎo)電性能并提升了循環(huán)壽命。
Porocarb多孔碳粉有助于構(gòu)建先進(jìn)的電化學(xué)系統(tǒng)，實現(xiàn)了目前標(biāo)準(zhǔn)碳導(dǎo)電劑無法實現(xiàn)的目標(biāo)。即使在提高電極面密度和提高壓實密度的條件下，Porocarb仍然可以維持電極內(nèi)的開放路徑，從而在填充和操作的過程中，確保電解質(zhì)的供應(yīng)和傳輸。
1. 增加了電極面密度而且減少了非活性成分，因此，單位體積的能量密度也得以增加（＋20％）
2. 離子的導(dǎo)電性能增強，因此，電流放電能力也得以 增強（＋50％）
3. 在電池制造過程中加快了電解液填充和化成的速度，因此，加工成本也得以減少（－50％）
4. 雙電極加載可減少20％的非活動材料
5. 均勻的質(zhì)量傳輸和響應(yīng)速度有助于 延長電池的使用壽命
賀利氏助力中國動力電池升級
也許對于很多鋰電業(yè)內(nèi)人士來說，賀利氏是一家陌生的公司。實際上，這家總部位于德國哈瑙市的科技集團(tuán)，成立于1851年，如今已成為了一家全球領(lǐng)先的家族企業(yè)。
賀利氏通過發(fā)揮材料與科技方面的專長，致力于為客戶創(chuàng)造高質(zhì)量的解決方案，幫助他們提升長期競爭力。賀利氏的市場集中在環(huán)保、能源、健康、機動車及工業(yè)應(yīng)用等重要領(lǐng)域。其產(chǎn)品組合極為豐富，涵蓋了從組件到集成材料系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、 電子、化工、汽車和通信等行業(yè)。
據(jù)統(tǒng)計，2016財年，賀利氏的總銷售收入達(dá)到215億歐元，名列《財富》“世界五百強”前列。大中華地區(qū)是賀利氏集團(tuán)最為重要的三個市場之一，公司在大中華區(qū)的發(fā)展已有超過 40年的歷史，擁有2，600多名員工和20家公司。
“中國已經(jīng)成為世界上最大的鋰電池生產(chǎn)制造基地，中國動力電池企業(yè)的發(fā)展速度也遠(yuǎn)超其它國家?！崩羁饲谡J(rèn)為，賀利氏選擇中國市場也主要是看中了中國巨大潛力。中國企業(yè)銳意創(chuàng)新的精神，和對性能提升的積極程度成為像Porocarb系列－的合成碳功能性添加劑發(fā)揮作用的最佳土壤。
據(jù)了解，目前賀利氏的Porocarb系列產(chǎn)品已經(jīng)開始收到中國動力電池廠商的青睞，河南、北京、四川的電池廠已經(jīng)在試用過程中。有3家企業(yè)的產(chǎn)品已經(jīng)開始出貨，而中國最大的動力電池廠商正在試用調(diào)試階段。
李克勤表示，賀利氏可以針對各等級的合成碳，根據(jù)客戶需要提供各類定制的服務(wù)，以便滿足不同的系統(tǒng)要求（例如：石墨化度、粒徑尺寸、表面處理等）。對可改善陽極性能的合成碳添加劑的需求正在不斷增長，為了滿足這一需求，賀利氏開發(fā)出了全新的Porocarb Lion 210系列。
值得注意的是，賀利氏的這款Porocarb系列的合成碳功能性添加劑，將于今年5月22－24日CIBF展會期間，在深圳會展中心1號館的1GB122、1GB123展臺亮相。同時，在5月23日和5月24日的技術(shù)論壇上，賀利氏的技術(shù)高管將帶來產(chǎn)品應(yīng)用的研討分享。
