Dr.Meng-Lun,Lee：多種碳添加劑在高電壓鋰離子電池中的應用
5月24日，CIBF2018 第十三屆中國國際電池技術交流會展覽會在深圳會展中心開幕。中國臺灣LiS Energy Co.Dr.Meng-Lun,Lee在技術交流會上發表主題演講。以下是演講正文：
感謝您的介紹，今天跟大家分享平時我們在電池里面應用多種不同碳添加劑，碳材真正在電池中的應用。傳統上是用添加劑作為導電部分，現在添加劑的種類越來越多。
今天要跟大家分享我實際上做的一些成果，針對單一的碳材與多重碳材應用上在不同活物電池里面的差異以及好處。所有的研究都是在軟包裝的電池里面做的，這個軟包裝電池都是在1安時以上的。這里面會包含在NMC、LFP、LCO、石墨、C級材料里面的應用，針對多重性的納米碳材的應用。
上面這三張圖大家可以看到，是傳統型電極的組成，里面只有NMC，PVDF、Super P Li，活物跟活物之間有非常大的空隙，會影響到導電的網絡。下面這三張圖，有納米探管，我們知道Super P Li和納米探管都是幫助電子導電的部分。這個照片可以看到，納米探管批附在表面，保證了電極的導電度，后面會有很多的應用來證明這個做法。
這是一個NMC，剛剛在照片里面看到的電極所做成的電池，大約是5安時到6安時的電池，是一個軟包電池。我們做了兩個配比的比較，一個是只含有單純的Super P Li，另一個是含有多孔碳或納米碳的配方。在電極的loding上有不同，由于我們加了孔，可以幫助電池的壓擠密度，我們可以在電極上增加比較多的秘密度，增加了秘密度，又可以把他壓到比較高的壓實密度，可以使得體積不會有太大的變化。所以可能提高它的體積能量密度。因為多重性碳的加入，也會讓它的導電度上增加，于是一樣也是有增加的好處。大家可以看這個充放電圖（PPT），這里面有0.2c、1c、2c和3c的放電圖，3c對于這顆電池來講是達到15安倍的放電。實線的部分是只含有Super P Li的電極的特性，虛線部分就是多重性的納米添加的特性。可以發現到了3c的時候，電壓平臺有一個非常明顯的上升，所以說電壓也能夠上升，容量也能夠上升，體積能夠維持不變的狀態下，就可以提升它的能量密度。
下一個部分是屬于在磷酸鐵鋰用碳添加劑，它有很大的表面，我們要加入很多的PVDF去黏它，如果不用LFP，這樣二言PVDF降下來，活物可以升高，在同樣的狀態下，也可以使得它容量增加，因為它的活物增加了。在右邊（PPT）0.2c的狀態下可以從1100多毫安時提升到1200毫安是，能量密度也是增加。下面這個圖左邊是0.2c的放電，右邊是1c的放電，0.2c的放電，平臺上沒有太大的差別，因為活物的增加導致能量的增加。能量在電壓平臺上有比較的大差異，這樣一來可以更多的提升重量能量密度以及體積能量密度。
接下來是直接把LFP的電池進行5c的放電，三者的差異就更明顯了，我們可以看到只含有Super P Li加CNT，我們可以看到這個復合型的碳的添加電極可以在5c的狀態下德國最好的電性能，是一個最好的狀態，所以電壓平臺是屬于比較高的，就可以維持大比較高的能量密度。
接下來是鋰鈷的部分，一樣是以Super P Li跟納米碳管的組合比較，差異是不大的。因為Super P Li的用量是需要比較大的，PVDF也比較多，CND加PC的狀態下活物可以提升到98%，整體的導電碳量就下降了，PVDF也是下降了。可能大家會擔心如果說導電加這么多的活物是不是會使導電變差，看0.2c的圖（PPT），比較高的活物并沒有使它有太多的下降。同時，在右邊1c的圖上可以發現，在比較大的電流到了1c的狀態下，CNT加（英文）的配方下得到比較高的導電度，同時它也是比較小的。在這個狀態下，首先正確了活物的百分比，接著增加了壓實密度，最后增加了體積能量的密度，這是一顆6安時左右的電池，重量能量密度到250，體積能量密度到666。
這是在石墨負極的狀態，這邊我們是使用一個比較低階的石墨，沒有改質的。要分析Super P Li的添加和碳添加劑的影響（PPT），整體的導電量是一樣的。但是大家可以看到，這個圖上我們是使用5c去循環，如果是0.2c的循環不可能有這么大的狀態。所以說，5c的循環下，我們可以看到只有Super P Li添加的衰減是非常嚴重的。為什么會產生這個問題？因為Super P Li是屬于小的納米顆粒，成為導電網絡的機制是把這些顆粒都一個個接起來成為一個長長的網絡。在重復充放電的過程中，尤其是大電流，可能會使顆粒彼此分開，導電網絡就分開了，沒有這個功能。如果用納米碳，海綿型的碳球有彈性，不會分開，就不會在大電流充放電有衰減的部分。
接下來一個比較新的研究部分，C級的貪財，兩種不同配比的電池，1安時和3安時的軟包電池，每克可以發揮多少容量的數字來比較，可以發現同樣配比的正極，Super P Li跟PVDF是正極，我們就不做什么改良，負極的部分，這個C級的負極活物不是三千的那種，也不是1500的那種SIO，C只占了5%，石墨占95%，理論電容量應該是在430-450的商用化的C級材料來的活物。可以看到，在左邊負極里面只有Super P Li的添加，右邊這里面有了CNT，也有Super P Li，也有復合的碳添加。在這樣的狀態下，大家可以看一下放電曲線，左邊的放電曲線是衰減的非常快，幾乎沒有看到平臺的狀況，這就顯示導電度比較不好的狀況。右邊的圖可以看到，隨著也是很斜，但至少有了微微的像平臺的東西，它的導電度有提升了。
左邊這個表可以看到（PPT），左邊的配方正極發揮只剩下145，對商業來說太低了。右邊這個是比較正常的水準，是160毫安/克。重重性的碳在C級負極里面的應用，幫助到了整個電池的發揮，還有它的導電度。
在C級材料上，應用了含有porous carbon，在軟報電池中，在3.3安時的軟包電池中，實體是在照片上的這些電池所跑出來的（PPT），3安時的電池都是規格化的電池，不是用手剪出來的形狀，都是產品的樣子。黑線有2%的的添加，在1c的狀態下，600圈的時候有porous carbon是82左右，如果沒有這樣的改良是在62左右。右邊那邊是0.5c的狀態，0.5c的膨脹就沒有那么嚴重，有porous carbon就是8%，有添加porous carbon，是可以得到比較好的循環壽命。
下面就是測量參數，因為這個電池的長寬是不會變的，所以就是借由測量它的厚度的改變來計算出它的體積改變，因為有這樣的改良，在C級的負極，尤其是應用在軟包的電池里面是一個很大的進步跟發現。
在NMC里面有了這種多重型的porous carbon跟CNT的應用，可以發現在LFP里面能量密度的增加是由于活物的增加，在鋰鈷氧里面，起到體積能量密度增加的作用，使用復合型的碳，因為活物的增加以及壓實密度的增加。只有Super P Li的實物電極使得網絡斷裂使得循環壽命下降。在porous carbon的添加下，C級的材料可以增加導電度，循環壽命可以抑制C級材料的膨脹，讓它在軟報電池中有應用的可能性更大。
（根據速記整理，未經嘉賓審閱）
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