图为旭化成隔膜公司技术执行官张正铭

 　　张正铭：通过锂离子电池非常基础的一些东西来看看我们的一些设想能不能实现？另外对锂离子的参比电极都有一个认识。归根到底就是想说说原理，然后在我们今后怎么可以把这个锂离子电池做的更好，锂离子电池以外我们又可以做一些什么东西？比如说锂流、锂金属之类的。

　　这个原理主要取源于美国，我们和全世界很多大型的企业，尤其是汽车行业和电池行业进行了合作，做了很多的模型以及实验。

　　今天讲一讲这个东西，先讲一下什么叫多孔电极，多孔电极很简单，就是有很多的孔。多孔电极在电极的中间有很多的颗粒，还有一些粘结剂，同时还有导电剂，每个电极最重要的是要用离子导电然后再到电子导电，两者缺一不可。这就是我们现在很多的一个困惑。

　　我们现在来看这个离子，这里我是假设有这样一个过程，要去具体的解释，其实对于多孔电极的理论来讲是很容易的，怎么容易了？先来看单个电极怎么分析，有了单个电极的理解，整个电池也就不难理解了。

　　我现在是大规模的放电，我在大规模放电的同时，到了一定的时候就停下来了，停下来了之后，这个放电的结果是什么？这个颜色在碳中间就代表了锂离子的浓度。

　　这个中间天蓝色的颜色是液相，我们电化学反应的界面是非常之大的，为什么？是液相和固相相互之间的接触，这个颗粒有很多的微孔，这个电解液是可以渗透进去的。这个锂离子在液相和固相相结合的过程当中，我们知道这个反应会很大，为什么会产生这种极化现象？这里面的锂离子的浓度会非常的浓，原因是什么？原因是放电的过程当中由于离子传递的速度对碳电极来说，我们也有正常的碳电极，电子导电不是问题，但是离子导电一直是一个问题。

　　我刚才说了，离子和电子它的传递在电极的中间缺一不可。我们如果是4个C放电的话或者是5个C放电，这个里面的颗粒浓度都不一样，中间的颗粒很过，边上就很低。

　　今天我们讲讲扩散，这个中间的锂离子的浓度比较高，如果我一旦停电以后会发生什么现象？这个内部都要产生平衡，这里有很多的平衡，比如说第一个平衡就是固相颗粒内部之间的平衡。也就是说这个浓度要慢慢变小，这个锂离子会逐渐的使整个锂离子的浓度均匀起来。

　　另外一个现象是什么？这个颗粒靠近铜箔的那一边，这个锂离子要逐步的迁移到表面上来，怎么个迁移法？如果通过这个固相颗粒之间的接触，这些都是点接触的，最多就是一个小面积的面接触，这种传递数据几乎可以忽略不记，几乎是不可能反应的。如果这个碳的表面，可以通过电位差把锂离子送到液相的中间去，跑到这里来，同时我们也有电子的导体，所以锂离子可以从这儿逐渐往表面跑。最后到了一定的时间，像我们这种设计的锂离子，其实是日本一个大的汽车公司，它的电池就是这样的。

　　液相内部怎么平衡？液相内部的溶度其实也是有分布的，我用一个最简单的办法把比较复杂的多孔电极的数学模型给表示出来。

　　在这里我们可以看到几个现象，这条红线从头贯穿到尾，这是一个液相的锂离子的浓度，它是在不断变化的。这条绿线是什么东西？是固相颗粒的中间，这个锂离子的浓度，蓝线是固相颗粒表面锂离子的浓度。

　　这条线是什么？是反应腐蚀反应的一种问题。也就是固相和固相之间锂离子的传递几乎是等于零的，很小，很小。通过腐蚀反应能够解决一些问题。

　　一开始从零秒到10秒的时候没有电流，在液相中间由于锂离子的电导，所以说这个红线在一开始放电的时候，在负极的上面会增高，这是液相锂离子的浓度，锂离子从哪里来？从固项里来，这是固项颗粒内部的一个平衡过程。这个平衡过程有时候也可以是一个扩散过程。液相完全是由于扩散过程造成的，由于锂离子的浓度在整个体系中间的分布问题。扩散的定义是什么？是由于浓度差还是电化学位差？应该是电化学位差，简单地讲就是浓度差，由于浓度差产生了离子的传递，当然还有电迁移，你要再严格地讲还有所谓的对流，对一般的锂离子来说不需要考虑，但是对于有些特殊的大型的锂离子电池我们是需要考虑的。

　　现在我来讲一个比较极端的情况，这个情况是在负20度的时候。负20度的时候是固项的，尤其是碳电极它的扩散系数非常低，这意味着什么东西？也就是说这个锂离子从固项颗粒往外跑，它表面的浓度一旦消失了以后，锂离子浓度就趋向于零了，这时候电化学的反应就要停止了。这时候放电是比较难的。

　　对于阴极来说（固项）也是同样的情况。大家注意一个情况，阴极和阳极的孔隙率是多少？几乎是一倍。一般阴极的孔隙率可以做到10%甚至是15%，负极的孔隙率往往是1倍以上。这里有5个离子被还原掉了，这里有5个离子被氧化掉，它在两个多孔电极内部产生的这个浓度效益是不一样的。

　　多孔电极，尤其是对于我们这种锂离子电池来说，这个中间的参比电极它本身的定位就在不断地变成。

　　我看到过一些文章是通用汽车公司的，在5个毫伏的时候他们见到了锂电池的析出。由于这种浓度差扩散的现象，使得中间锂离子的浓度会高或者是低，这是氧化反应过程当中阴极和阳极的溶剂原因。一开始浓度是一样的。一个是一升，那个是两升，你同样加这个离子的话，你可以看一下这个差别，扩散不一样，所以使得中间锂离子的浓度也在不断地变，使得参比电极就不牢靠了。这是简单地讲一下我们所谓的多孔电极。这是具体的例子，我不想多讲了。多孔电极确实有很多的特性。

　　刚才也看到了固项和固项的接触是很麻烦的一件事。

　　这个固态和固态的接触太好了，其实根本做不到这么好，我们阴极还有10%的孔隙率，当然也要看硬度如何。

　　就算压的很好，它继续循环的时候会怎么样？我们的活性物质体积不断地在变化，它的变化过程也就是破坏这个固固相接触的这样一个情况。这是我们做固态电解质很大的一个挑战，我们能把这个问题解决了，那就好办了。另外要说一句，固态电解质做薄膜电池是没有问题的。

　　我讲讲固态电解质，我大概发表了40多篇文章，从1984年一直发表到1992年，就是现在用的这个东西，零硫锂体系和硅硫锂体系。另外还要讲到一点，从物理学的定义来讲，这个东西叫什么？我们叫玻璃钛的形成体。我当时为了增加离子的电导率怎么办？我就加了一些盐。

　　锂金属的析出是怎么回事儿？这是一个变相的定位图，我这个线是斜的，这是固项的，比如说是负极的电极电位，这是固项的阴极电位，这是什么？这是相对在液相中间的定位。

　　每个东西都有它的定义，这就是所谓的双电层，这是扩散层。

　　关键的就是说我们要看电极。那个公司给我的任务是说，我们现在要做厚电极，厚电极的能量密度就大，这个是薄电极。其实真正说的锂金属析出的条件是什么？锂金属析出的条件是这条红线，这条红线是什么？是固项的电位。这个固项的电位一旦超过了这条绿线，这条绿线是液相的锂离子的电位。这两条线交错的时候就会产生锂金属的析出，这都是经过实验验证的。

　　我把它变成负20度的时候，2C充电的时候就掉的很快，你看这个交错就很容易了，也就是锂金属的析出是非常容易的。

　　其实这个里面牵扯到电极的孔隙率、电极的弯曲度、颗粒的大小，这一交错锂金属马上就析出了，这是箔电极。你怎么样把电极做厚？而且不要叫它出锂金属，而且还可以来回循环。这是具体的问题，不是纸上谈兵，这是日本的两个大公司给他们做的东西。负20度也是很容易出锂金属的，这是时间。

　　这里仅仅是电化学的要求，其实锂金属的析出还有一些其他的要求，等到你把电池打开的时候，其实已经有一段时间了，所以说，一般来说，有几个条件，要有一定的空间让你的锂金属析出，另外是Macro Space，这是一种很微小的孔，也可以产生锂金属的析出。Maro Space这个是非常容易析出锂金属的。

　　针刺实验一般来说，记住3和4这两种针刺是非常容易出问题的。3和4是很危险的，主要是有阴极的急流体和负极的表面，这是1和2，1和2是非常危险的，也就是负极的急流体碰到了带有很多碳的表面，这是负极的表面，这时候就会产生爆炸、起火。这个东西当时是算出来的，有三羊和松下两家公司一起，我在那个会上讲完了以后我们就去实验，实验的只有发现1和2确实是最危险的。有了这个之后其他的短路根本就不危险。

　　针刺实验，首先要不接触的是铝箔，要不然是铜箔，这通过是一个导体，在针刺的过程中，从这儿往下走，在前面这段时间是很安全的，但是一旦接触了负极表面的时候，这就不安全了，这是一个最不安全的过程。一直到底下，穿透了以后，铜箔和铝箔相互之间的接触安全吗？安全了，没事了。反过来讲，如果是一开始从铜箔穿过去，从头到尾，你看都是安全的，没事的。这是穿到底，也是安全的。

    真正的电池有很多层，如果要真正计算穿刺的话，你的速度快很慢，大还是小都是有关系的。这个东西不多讲了，现在这种东西也有很多的专利，当时为了解决这个针刺实验的问题，可以让它过，也可以让它不过。

    三羊的电池，他们是有专利的，最早的专利是琅邪棒（音）专利，最开始是在外面包一层铝箔或者是铜箔，这样针刺过去就没有问题了，所以针刺也可以设法让它过，也可以让它不要过。

    本来是想再多说一点的，今天就说到这儿。这个毛先生是比较难说话的。谢谢大家！