東莞杉杉電池材料有限公司總經(jīng)理黃繼宏在2014年第二屆中國(成都)鋰電新能源產(chǎn)業(yè)國際高峰論壇上,做了《5V級電解液技術開發(fā)進展與市場分析》的專題報告。

以下是黃繼宏的演講報告:

黃繼宏:各位來賓下午好,我是杉杉電解液的黃繼宏,下面跟大家做一下電解液方面的分享。

電池的誕生是1836年,英國的丹妮爾對“伏特電堆”進行了改良。1860年,法國的普朗泰發(fā)明出用鉛做電極的電池,這也是最早出現(xiàn)的蓄電池。接著是1956年中國建設的第一個鎳鎘電池廠,1960年前后開始建設研究堿性電池。1983年中國開始了鎳氫電池的研究。1987年中國開始商業(yè)化生產(chǎn)一次鋰電池,1995年中國鎳氫電池商業(yè)化生產(chǎn)初具規(guī)模,1999年可充電鋰聚合物電池形成商業(yè)化生產(chǎn)。隨著生活的變遷,電池自誕生以來,被廣泛地應用于各種領域及各類產(chǎn)品中,隨著科技的發(fā)展,電池也發(fā)生著日新月異的變化,從最初的干電池到后面的鉛酸蓄電池、鎳鎘/鎳氫電池、鋰離子電池、甚至燃料電池等。電池的發(fā)明給人類的生活帶來了方便及效率,人們的生活也因電池的技術變革,發(fā)生著變遷。在這里想跟大家更多的說一下二次電池的分布,電磁電池的種類很多,除了常見的鉛酸、鎳氫、鎳鎘之外,最常見的是鋰離子電池。從市場的發(fā)展速度看,進入本世紀以來,不僅是有原有的鉛酸電池市場可以替代,還有一塊新型的電動自行車、移動基站等所有的市場都是以鋰離子為主導地位。

2013年里,全球二次電池總需求量是3.99億kWh,其中鉛酸電池反份額已經(jīng)占到了3.4億kWh,占到85.15%。鋰離子電池以5150萬kWh的需求量位居第二位,市場份額12.9%。其它份額不到2%。所以市場的選擇足以表明,二次電池基本上就是鉛酸電池和鋰離子電池的對決。

鋰離子電池的三大市場發(fā)展情況,最大的是通訊數(shù)碼類電池,在2013年的市場占比高達62.77%,但是這個市場隨著新能源行業(yè)和其它動力的發(fā)展,每年以8個點的速度下降,預計2014年通訊數(shù)碼的消費類電子份額,可能在54%。預計在2015年,還不會超過50%。因為在未來的一塊交通工具電動化市場以及工業(yè)儲能市場上,是在逐步增大,會超過50%的份額。

在二次鋰離子電池里,最重要的是涉及鋰電池相關技術的革新。說到鋰離子電池的相關技術,肯定脫不開材料,無論是從正極還是負極、電解液,還是隔膜,電池結構和工藝,這幾項都決定了鋰離子電池的技術。眾所周知,正極材料從原有的鈷酸鋰到后續(xù)的三元材料、錳酸鋰以及尖晶石的改進的錳酸鋰,及后面出現(xiàn)的磷酸鐵鋰、富鋰材料、鎳錳材料都是未來技術革新的方面。負極材料從最初的天然石墨,到現(xiàn)在應用于廣泛最大量的人造石墨,因為循環(huán)壽命比較好,動力方面更傾向于人造墨。也有參雜Si-C硬碳的材料。開發(fā)中的有軟碳、硬碳、Si-C、硅合金、LTO等也是附近材料革新的方面。我今天重點介紹的是最相關的杉杉電解液方面的革新。

大家都知道,我們的電解液從傳統(tǒng)的4.2V常規(guī)開始,進行到現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟的高電壓在4.35V電位上的電解液。我們正在推廣的是4.4-4.5V電解液的應用。以及下一步開發(fā)的5V電解液及后續(xù)的功能型電解液,比如阻燃電解液、低溫電解液、倍率電解液等相關技術。我們在電解液開發(fā)的技術路線的想法是,隨著網(wǎng)絡的普及和發(fā)展,人們越來越追求智能化生活,現(xiàn)在每個人手上都不止一臺智能手機,對電子產(chǎn)品的依賴性越來越強,對提供能源的儲能設備——電池提出了新的要求——高能量密度的需求。提高能量密度的方式:一是選擇高容量、高壓實正負極材料;二是提高電池的工作電壓。對于電解液,雖然離子電解液、固體電解液都是目前研究的熱點。但短期時間內(nèi),我們認為碳酸脂為主的體系仍然是最成熟的電解液體系,很難有顛覆性的改變,開發(fā)的重點還是在添加劑的篩選、添加劑協(xié)同效應的研究、新型溶劑或鋰鹽的探索方面。

東莞杉杉在2012年12月份投入使用了一個新的研發(fā)中心,這也是廣東省唯一一家電解液方面的研發(fā)工程中心。工程中心面積是980平方米,投資620萬元,有先進的電解液分析和測試設備30余臺,并且擁有獨立的軟包裝鋰離子電池測試線,我們會跟客戶測試的數(shù)據(jù)形成更好的統(tǒng)一性。這三張圖是工程中心的展示,我的工程中心主要分為五個部分:軟包電池制作實驗線、各類不同類型電池性能測試、電解液基本理化性能測試、各種原材料精餾提純、電解液制造工藝等。同時預留100平米區(qū)域,為將來可能的特殊添加劑合成開發(fā)等創(chuàng)造條件。

主要的研發(fā)和分析設備:氣相色譜儀,這個是做純樸分析。原子吸收光譜議,做金屬離子檢測。氣質(zhì)聯(lián)用儀,做未知有機物分析。離子色譜,進行離子分析。電導率儀,進行電導率。包括粘度計,帶超低粘度套件,電解液粘度檢測。全自動蒸汽壓儀,溶劑或溶劑包的飽和和蒸氣壓檢測、分析。介電常數(shù)儀,溶劑的介電常數(shù)檢測。表面張力儀,可間接分析電解液的浸潤性,對軟包裝進行數(shù)據(jù)的測試。

目前杉杉電解液的在研項目有以下幾個方面:新型添加劑和溶劑的探索。阻燃電解液的開發(fā)持續(xù)研究,很多電解液廠都做出了阻燃電解液,但是涉及到添加劑的使用,成本非常高,所以我們希望在持續(xù)改進過程中,不僅把阻燃電解液做出來,更希望通過我們的努力降低成本,讓它使用到現(xiàn)在的動力電池的市場上。還有高電壓的電解液開發(fā)(4.35V、4.5V、5V)。高低溫兼顧電解液開發(fā),主要是針對特殊環(huán)境的使用,比如北方市場、俄羅斯市場。還有硅碳負極匹配電解液開發(fā),上海杉杉已經(jīng)出了非常好的負極材料,我們跟它匹配做一些電解液的開發(fā)。其它項目,比如鈦酸鋰匹配電解液開發(fā),跟興能方面是戰(zhàn)略合作開發(fā)的過程中。另外是抑制亞胺鋰鹽等產(chǎn)品的開發(fā)。

下面是新型溶劑的探索,因為電解液從原理講是非常簡單的合成制作工藝,但是對里面的原材料挑選是非常嚴格和有技術水平的。所以我們在新型溶劑的探索方面有以下幾個方面,除掉傳統(tǒng)的溶劑之外,我們在羧酸脂類也做了開發(fā)探索,還有特殊的溶劑類,這里就不一一介紹了。今天還有杉杉電解液的技術總監(jiān)宋斐女士也到了現(xiàn)場,大家可以在會后溝通。還有苯的衍生物以及含硫的添加劑。包括鋰鹽的添加劑,現(xiàn)在成熟的鋰鹽是傳統(tǒng)的磷酸鋰,現(xiàn)在我們還開發(fā)了新的產(chǎn)品,比傳統(tǒng)的磷酸鋰成本高了5倍及10倍以上,給應用帶來非常不方便的使用。目前能使用到的鋰鹽,只能把它當做特殊的添加劑來使用。

這是高電壓電解液的設計,從溶劑的純度、添加劑的純度、尋找新的添加劑包括控制VC類易氧化添加劑的用量、正極選擇、電池設計和工藝路線,使得高電壓鋰達到穩(wěn)定的狀態(tài)來開發(fā)。這是一個性能展示,目前高電壓電解液現(xiàn)狀是4.2V-4.35基本成熟,4.4-4.5V正在市場推廣種,5V正在開發(fā)當中。這是剛才說的高電壓電解液的瓶頸,包括溶劑提純、添加劑提純、新型添加劑各方面的提純工作。這是高低溫兼顧的電解液的曲線圖。我們認為,作為電解液的廠商來說,我們希望能夠通過我們降低能耗、優(yōu)化電解液的生產(chǎn)工藝以及降低溶劑純化成本進行控制添加劑合成成本,進行資源整合和增值服務,達到跟客戶的雙贏工作。

這是未來的智能城市不是很全的一個圖,除了智能能源、交通信號燈、數(shù)字標識、智能水表、公共交通、智能建筑等等,這只是給大家一個啟示,通過我們這個行業(yè)的各方努力,希望能夠更快得迎接智能城市的到來,謝謝大家。