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CIBF交流会LiBin演讲:通过高通量筛选,寻找与发现电池电极与电解质材料
发布时间:2014-06-25 11:04:15
关键词:CIBF2014CIBF电池展电池行业

 

  6月20日,由中国化学与物理电源行业协会主办的第十一届“中国国际电池技术交流会”在深圳会展中心开幕。本次交流会以“动力电池和储能电池”为主题,重点关注了电池应用领域。全球50多位电池业界顶级专家亮相交流会并发表了主题演讲,来自50多个国家和地区的800多名行业专家、学者和企业家与会。图为来自美国Wildcat公司的Li Bin先生在CIBF2014中国国际电池技术交流会上发表主题演讲。

  Li Bin
  今天我要讲一下如何通过高通量筛选法发现电池电极和电解质材料。我们做了很多实验和设计,包括合成、测试、分析等,终于找出一种新的方法来帮我们寻找新的材料,在制造平台方面可以同时合成上百种物质,并同时生产上千款电池。由于进行了大量的研究和实验设计,所以我们有很多数据,也可以用自己的软件进行数据分析。
  我先给大家介绍一下高通量筛选的能力。它可以同时进行多种正极材料的筛选,通过这种合成方法可以得到很多材料。在过去几年中,我们将实验数据积累成一个电池数据库来研究各种材料。这些研发技术使我们公司在2012年被评为世界五十个最具创新能力公司的之一,其他上榜公司还有三星、谷歌、微软等。
  我们对于材料供应链,比如电池生产商、汽车公司、医疗公司、消费品生产商等都有合作,同时也与国家级实验室进行过一些合作。我们的研发成果可以使客户减少成本,提高导向力,并使产品上市时间加快。
  下面我向给大家介绍一下高通量筛选的方法。在实验中,我们先进行合成,然后再进行电解质的准备、检测,最后进行筛选,之后再进入到第二次设计。因为每个部门都要实现完全自动化,所以只有通过这种比传统做法更快的方法,才能做到每个步骤之间的快速互动。
  高通量不仅意味着整个生产效率的提高,还意味着实验的成功性也在提高。实验前期,良好的前期设计对于实验的成败至关重要。前期设计可以让我们考虑到实验涉及的多个方面,以及不同合成的状况,也就更可能获得成功。由于我们有很多实验数据,因此可以进行较为全面的分析,并得到更为优化的结果。因为有了自动化筛选的过程,所以第一次筛选到第二次筛选的速度有所增加。有了系统化的设计和自动化的筛选,就可以更高效地利用我们的科学设备,从而降低成本。
  接下来给大家展示一下高通量筛选如何寻找并开发新的电池材料,以及如何更高效地发现一些有意义的实验结果。在这里我要着重提两点:第一、我们每次项目的持续时间大概是3~8个月;第二、在每个项目中,我们要完成很多实验,其中一个项目进行了大约3000至6000个实验。高通量的筛选比传统的方法更加高效,以CM1为例,在实验设计阶段磷酸盐的涂层非常重要,我们的策略主要分成以下几个部分:第一是改变磷酸盐和锂的比例;第二是通过减少分子的大小来减少分子中的缺陷,提高它的容量和传导性。由于分子的数量、结构、大小都要协调,如果设计多个实验,如何在几个月内全部完成?我们找到了一种复合物,它的容量比容较高,而且效果也不错。通过这样的设计,在一周之内就得到了所需的数据。
  另外一个例子就是离子硫酸盐。我们给客户体提供这种材料供其筛选看重的主要是它的容量。它的容量可以达到270毫安每克,但这种新材料没有电镀压的减损,这在离子复合物方面也是一大问题。通过实验我们发现,在其他正极材料平均电压在下降的情况下,这种新材料的电压反而上升,而且随着不同循环的进行,该材料的放电电压也保持稳定。
  对于高溶压电解质,我们要看的是它的效率。为了找到EM1,我们先后筛选了5000种物质。我们测试了EM1在不同的高压情况下的表现。在实验中,我们发现一种高压的晶体物质同样可以提高负极材料的寿命。一种命名为EM1.3的物质有超过9种的复合物,对于不同的正极材料,它的容量表现大大提高。同时,这种物质也可能会由于吸附能力不强,造成分布不均匀而导致失败。但我们发现一种新的电解质添加剂可以解决这个问题。
  我们参照以下两个标准筛选了其他组成部分:一是容量,、二是循环寿命。可以看到在没有高压添加剂的情况下它的表现非常稳定。在没有任何电解质的情况下添加EM3,EM3和高压LCO可以很好的复合合成,EM3可以很好的控制LCO。
  下面我给大家介绍一下我们的两个合作项目。第一是电解质的优化。我们和世界最大的电池生产商进行合作,我们需要开发新电解质来提高其电池在高温下的寿命。我们在4个月内进行了3000个实验,并得到了高容量,寿命长的电池。第二是我们和全球的材料供应商一起合作的项目,我们在8个月里进行了6000个实验,希望可以提高正极材料的能源密度,同时提高它们在高温情况下的寿命。通过实验可见它们在高温下的表现也很不错。
  筛选的工具是种新材料,而且是世界上独一无二的。通过这种高通量的筛选方法可以找出材料合成和电化学方面的特性,并缩短研发时间、降低成本,提高实验的成功性。我今天介绍的仅仅是我们70多个项目中的2种正极材料——CM1、CM3,和两种电解质添加剂。
  谢谢大家!
 

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作者: 吴丽娟      稿件来源: 电池中国
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