陈牧:柔性薄膜中试型试制、变温熵变性能研究
发布时间:2018-05-24 09:46:00
关键词:CIBF2018

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5月24日,CIBF2018 第十三届中国国际电池技术交流会展览会在深圳会展中心开幕。北京航空材料研究院陈牧博士在技术交流会上发表主题演讲。以下是演讲正文:


我的题目是柔性薄膜中试型试制、变温熵变性能研究。


我们在电池方面并不是专家,但是我们在薄膜方面是专家,我们在这方面已经做了20年,我们研发了很多柔性的聚合物的平面材料,还有触控板。我们现在已经研发了柔性薄膜以及电化学窗口的架构。我们用真空来涂抹,如果对这方面非常感兴趣,对于TFLB感兴趣,我们可以说一下这方面的问题。同时我们还提供了各种测试,还有评估,还有表征。这是我们测试的一些设备,实验室,研发实验室超薄膜的,还有EC的窗口,这是卷到卷真空的喷涂方法。


我们可以看一下这里,这是我们阴极真空的喷涂,这是一个切割的情况。再回到,这是固态的,刚才张先生已经谈到了,我们是高温下的运行情况,硫化物和硫氧化物的运行情况,在室内温度下导电率比较高。据我所知,这个是唯一可商业化、可量产的电池,可以在亚马逊或者是外国的这些网站上看到一些供应商,但是有些时候是没有办法运到中国的,我们看一下这些柔性电池,这是我们一些展示的材料和项目,它们的性能是完全好的,放到水里面是完全没有任何反应的,我们还可以切割它,然后把它放到软包当中放到水里面,还是安全的。另外还有一些柔性电子化的设备,比方说手机这些电子,还有太阳能。我觉得我们的产品是可以做到这一点的,我们是用不同的容量来分我们的产品,比方说在50毫安时以下的是用在电子产品当中,如果是1-10的范围…可以用于追踪我们的健康信息等等,因为它可以弯曲,可以更好的帮助我们使用。


这个实验室其实有很多领军人物帮助我们更好的进行研究,有一些公司其实也有说到它们可以提供相关的产品,但是真正的只有两家公司可以在线上卖这个产品,这个是我们产品线产品的工厂,有锂硅的电池等等。我们现在的进展有哪些呢?TFLB,我们知道电池的发展已经有30多年的历史了,国家的实验室从20年前开始进行相关的研究。我们看到正极情况,用残杂的方式来做,我们是在室温的情况下大概是4微米,但整个电解液是非常薄的。而对于负极而言,我们用硅基为主的复合物,在首充的时候,在负极当中做的。


我们认为材料并不是重心,而工艺才是最重要的。我们可以看一下,之前制造这种TFLB的方式,它们有两个特征,要进行辐射,然后是要以非常低的沉积率进行制造。我们现在所用的这些柔性材料,想要更好的提高它的导电性和一些其他的性能特性。大家可以看一下,我们这个层之前是6层,我们只要用到4层。过程当中所用的材料就是卷到卷的材料。这个工艺是这样的,首先是由柔性的材料,如左下图所示,大家可以看一下这个视频,首先看到聚合物,在底部会有一些其他的机层,所以我们也会用到柔性的玻璃硅和聚合物。我们做的,这是涂附之后,LiCO可以用做稍候的步骤。这是我们的原材料,我们的合作伙伴希望我们能把它量产进行商业化。我们可以看到,有板的,还有圆柱形的。由于残杂的问题,在LiPON有非常高的成绩,可能一小时都能高达600微米的成绩。这个离子的成绩有些时候受温度的影响,我们需要想道不同的产品所带来的成绩的影响。这是卷到卷的喷涂,我们可以看到LiCO是达到几个微米,电化学度的表现是什么样的呢,循环的周期是700个周期,我们也测试了小电池在系数率进行放电的情况,在5C和10C的放电分别可以达到95%和92.5不能的倍率。


这是我们自己的电池和其他厂商电池的对比,可以看一下我们的容量是很高的,我们的面积也很大,它的循环寿命也很大。可以从1-6毫米。当然,TFG产品是比较柔性的材料,这是我们发展的路线图,我们有4.0的版本,我们通过能量密度进行区分的。同时,我们可以看到不同代的产品的厚度是什么样的,还有电解质膜,最开使用的是有机的,到最后是混合的选择。我们所提供的是全方位的解决方案,


我们在伦敦大学帝国理工材料研究所有一些研究,教授提到熵变的情况,熵变有些可逆,有一些不可逆,可逆的是A,我们可以计算A。可以看到部分温度变化是什么样子的,这只是对于半电池有用的,对于正负极都是没有办法看到的。但是对于我们这个产品而言,用锂的情况,我们可以看到LiCO通过电压温度的变化起到什么样的熵变。另外,我们还有熵变的图示,我们可以控制温度,然后做非常快速的温度变化,去看到电压变化,当然还可以进行充放电的实验,在家用系统中就可以做到。


然后,我们看到不同电压的改变,我们就可以看到它的图表,我们有4个方法来进行计算。比方说提高整体电压的释放,然后会有测量。之前测量需要花费的时间长,几周的时间,我们花费的时间比较短。


在A可以看到三个这样的高峰低谷,比如说3.1伏、4.1伏、4.3伏,会有三相的变化,也有两相的变化,还有单相的变化,从六边形变成单边的过程。如果我们对比它的容量衰减,也可以看到它的变化过程,CV只是看到一个峰值,但是如果我们看到这种不同峰值的比较和变化,就可以看到这种熵变给我们带来的一些意义和影响。这些数据就可以更好的帮助我们理解TFLB的个性,它的特点,它和室温是有关系的。


再看一下过充的情况,可以看到在40个循环之后,它的变化是非常明显的,而在温度之后,它也有峰值的变化,这个峰值是越来越靠近了,突然就是两个曲线全部都同时进行衰减。

我们认为电池可以帮助我们以不连续的方式研究电池的变化,同时这种柔性电池还可以帮助我们监测一些相关的数据,我们是以很多的方式把它进行卷曲。另外就是电池组,三个电池平行放置,三个电池以一系列的形式放置,有一些非常小的温度的变化,我们可以看到电流和电压方面的改变。它的循环寿命也非常好,我们的机构正在研究这种柔性的TFLB,再正座中式线,决定做大规模的生产。我们做了一些根本性的研究,它是柔性薄膜材料,也做了很多机械弯曲的测试。


提问:关于它的应用,现在做面板的公司已经可以把面板做的很薄,可以折叠,他们认为短板的电池,您认为要多长时间可以符合他们的要求,可以低成本的进入穿戴设备,或者是AI、VR要求折叠或非常小的设备。您刚才提到折叠的问题,目前的面板可以折叠10万次,不知道这个电池目前可以做到折叠多少次?


陈牧:我们细分了两个领域,一个是容量非常小的,可能用在芯片上或是面板上的,几个毫安时的,现在湾区的次数,之前测的是一万次,后续还要做新的测试,能不能到10万次还不确定。另外就是消费类电子产品,它的容量还是偏高的,至少是上百个或上千个毫安时,现在电池,做的最大的国外还是30毫安时左右,还是有代差,我们希望用更小一点的电池领域,也是希望跟你们做一些对接。下面可以交流一下。


(根据速记整理,未经嘉宾审阅)


稿件来源: 电池中国网
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