5月23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。江苏天奈科技股份有限公司毛鸥在技术交流会上发表主题演讲。以下是演讲正文：

各位嘉宾，还有组委会，大家下午好！非常感谢给我这样的机会来给大家报告和交流我们的工作，也感谢提供这么好的交流平台。

我的PPT是用中文写的，因为我大部分的客户是中国人，我觉得写中文比较方便一些，未来如果有机会，我会更多的用英文来写一下。

这是我主要的报告内容：背景介绍，主要讲新型导电剂的介绍，还有硅负极材料的介绍，怎么用新型导电剂和硅负极来匹配，来增加它的性能。

现在锂电池里面常用的导电剂，目前还有很多都是用碳黑，也有一些比较高端的用纳米碳纤维等，近几年我们公司一直推广我们的碳纳米管的产品，最基几年比较火热的是石墨烯，这几个都有不同的特点，从形貌来看谈纳米纤维是棒，很硬，不软。现在新型导电剂都是比较柔软的，有线和面的导电剂。新型导电剂尺度更小，典型尺度都是几纳米，之前是几十纳米甚至上百纳米，导电效率应该更好。而且它的强度也比较好，作为三维的导电网络或者机械增强，尤其负极、硅材料等还是很有帮助。传统的是点对点的接触，现在新材料是线甚至面的接触。

简单给大家介绍一下，谈纳米管的产品，我们公司是在2007年成立的，也有11年了。早期在推广碳纳米管的应用，最近3-5年大家越来越接受碳纳米管作为导电剂，我们现在公司这几年成长还不错，目前来看，我们应该也是全世界最大的碳纳米管生产商，已经上千吨，用量很多。

产品性能或者新产品的开发来看，我们曲线于做细的碳管，刚才提到从几十纳米到十几纳米到几纳米，我们发觉碳管越细，导电效率越好，添加量用得越少。

我们这两三年推出的最新型产品，7系列和6系列细碳管的产品。7系列，已经把金属含量，尤其铁的含量降到非常低，而且保持导电率比原来还好，成本基本上保持不变或者是更低。

例子，我们在5年左右，大部分客户都是用正极材料，我先简单讲一下正极。两三年前推的一款高性能的107产品，去年开始我们开始做更新一代的导电效率更好的6系列的碳管，116和156，156是和石墨烯的复合浆料，如果光从电极的导电率看，116这款产品只要加0.3%和0.4%就可以实现很好的导电率，比两三年前开发出来的好一倍左右，还有156和石墨烯配合，改善别的方面，滚压、成本等都有优势，这两款是我们积极推广的产品。

刚才指电子导电率，这是电池里面对称电极的交流阻抗，可以看出来和刚才一样的结论，用0.4新的碳管产品可以代替以前的0.7的碳管或者现在0.3%的碳黑，基本接近1：10取代碳黑。刚才讲的是这几年一直推广的正极营业。

负极起步比较晚，负极对导电剂的需求不是很大，一两年前我们开始做一些初步的工作，有些结论，我们知道负极材料本身是导电，其实它不需要导电网络，我们知道循环过程中收缩膨胀比较厉害，会有些微裂纹什么的，我们会感觉其实是补充它颗粒本身的破碎什么的，可以靠很少量的添加导电剂来弥补它破碎的情况。

我们初步的结论是，很多的负极配方大概用1%的碳黑，我们其实用了0.3%就跟它的效果是一样的。而且应该是循环性能更好，下面是硅负极更多体现，不光是1：3、1：4取代碳黑，甚至循环性能和首效都有正面的影响。

这个是常规的石墨负极，看了容量、首效都没有问题，循环其实感觉应该比碳黑还好，当然这个是实验室的扣式电池，应该是扣式电池全池做得很不错，全电池在扣式里面有些代表性，不能完全反应真正的电池。包括EIS都是有优势的，就是1：3替代碳黑也是有优势。

我们为什么要做硅材料？最近已经讲了很多，也很热，我不多说。我们的目标是要从现有的200多WH/KG达到接近300WH/KG，肯定要用硅负极的选项。大家知道特斯拉Model3已经要用，而且说要达到20万辆，它今年的硅负极超过万吨，所以硅负极增长量很快。主要难点大家清楚，一个是有巨大的膨胀，艰难的寿命。二是它的硅很差导电率，目前是比较新的技术，工艺方面、生产方面成本是比较高的。

简单讲一下为什么硅负极、核心负极的循环寿命不好，很多场合不同的方式大家都认识到这个问题，一开始的时候，一个原始硅材料经过锂化，它体积膨胀过大，甚至达到300%，去锂的时候都成碎片，回到原来的形状，而且有的会脱落，从它的导电网络会脱落，从粘结剂上会脱落下来，这是它最大的问题之一。其实20多年前很多人认识到硅是负极里面比较好的高容量的，我的导师1995年就有发表怎么解决硅的事情，他是把硅胶之类的它化以后，相当于把硅埋在碳的肌体里面，因为本身的原料很贵，没有推广开。20年前我做博士后就和3M做铂金负极，整个技术路线我觉得还是走高端路线，还是太贵，大部分通用型的电池厂家用不起这种材料。

包括特斯拉里面用的硅负极，其实是基于氧化亚硅体系上的，最早的时候我们知道是日本一个公司开始，我2008年评估过，还是不错的。慢慢从2012年开始有少量的应用，2015年开始比较大量应用。目前我们国家说是硅负极的元年，大家开始在我们自己的国产的电池里面有需求，也是因为政策要达到300WH的问题来解决。

我合作的老师清华大学的魏飞老师，他是做纳米材料很好的老师，碳纳米管技术也是从他这儿转移过来的，他有很好的用低成本来制备纳米材料的方法，它运作的其实是硅氧和硅碳的包覆材料，我正在实验室评估。16状，纳米的氧化亚硅，像石榴颗粒一样，外面包上石墨烯，用硫化醇的方法做出一个材料。

我们和很多客户一起开发东西，我们很多客户的材料都在试，我在这儿简单讲几个例子，后面的报告不可能讲很多数据。

日本比较成熟的一款，第二个是清华魏老师的产品，还有江西紫宸，还有国内纳米做得不错的开尔，还有人造石墨负极，这是最流行的。

硅基负极的表征有很多方法，有意思的是最近开发的Raman光谱，里面最典型的是硅包覆，碳有无定性碳包覆，明显用Raman是什么节奏，把纳米硅嵌入石墨或者无定型，还不是完全石墨化的东西。所以很明显的，有的情况下，你比RXD还灵敏，它很多是半飞晶纳米结构，看得不是很清楚。我们试着用不同的现有的导电剂和这些纳米硅和氧化亚硅进行匹配，这是我们研究里面用的典型的导电剂，有碳黑和碳管，还有一款石墨烯浆料。其实这些东西在我们的正极里面已经用了，我们的客户已经推广了，广泛的应用了，我把负极给大家报告一下。

经常用的表征方法是测它的导电率的渗透曲线或者是体电阻渗透曲线，我们知道添加到一定程度就形成导通的三维网络，可以很明显的看到用新型导电剂再加2%-3%就可以有一个很好的三维导电网络，而你如果用传统的碳黑是要8%-10%才能达到很好的导电网络。刚才我说了，导电在负极材料不是最重要的，虽然纯的硅或者纯的氧化亚硅是非导体，但是我们可以混合到导电体很高的负极材料，石墨材料，这只是表明我们形成三维网络的有效程度。

电镜照片，在大屏幕上不是特别清楚，但是可以看到颗粒表面上形成了这些纳米管，像血管一样的，能够很好的让颗粒，即便有裂纹，也可以保持它之间的连接。

氧化亚硅是纳米级的材料。这是纳米硅，碳纳米管的导电剂是4%-5%就可以导通，碳黑要达到15%-20%，待会儿可以给大家看配方，最后月碳黑导电剂的话，活性物质在里面连一半都占不到，基本上是这样的结构（PPT），是分级结构，如果黑的导电剂用碳黑比，那部分导电剂的体积容量和纳米硅的容量占同样的比例，大大减弱了容量。

我们如果是用碳纳米管，基本在10%左右的导电剂就可以了，而且粘结剂也会大大减少，如果是用碳黑，活性物质只有40%。

研究结果，这是扣电里的循环，大家可以看到我们的碳管是1：3、1：4替代SP，但是循环和SP比还好五。我们经常采用一种微分的电容来分析整个反应，我们可以看到，就是刚刚开始，我们的项目刚刚开始，基本上结论是用碳管、石墨烯复合导电剂的结合，它的风应该更明显，可以反应更充分。经过25周的循环以后，我们再分析它的微分电容风，可以看到它用了碳纳米管和导电剂的反应更可逆。

这是我们合作的几个人的不同硅材料的表征。清华的导电剂很好，粉末电阻不到1欧姆厘米，它的性能要比整个都好。

与石墨负极的复配，从没有硅氧负极到20%，我们可以看到加了石墨烯和碳管的导电剂以后，我们可以保证它在加20%的硅氧的时候，也能够很好的得到首次循环和克容量。当然，我们也知道，负极硅材料是一个体系问题，是生态，你要把电解液、粘结剂优化才能把循环性能体现出来。我们用不同的材料以后，这是清华的材料，循环500圈以后，它的结构、颗粒都没有太多的变化。

纳米硅，目前还没有人用得很好。我们的碳管和石墨烯的导电剂可以加5%的纳米硅，循环还是不错的。如果是用SP就不能循环，红色的是我们的参照，5%还可以，10%不行，还有一个是SP的，SP没有画出来，也是很差的。

这是粘结剂的工作，肯定粘结剂也是很有影响。刚才说的碳纳米管的形貌和尺度还是对循环性能有很大的影响，新的这款是6000系列，比上一代7000系列的循环性能，这是韩国客户的结果，他们觉得用我们新的碳纳米管循环性能可以大大提高。

谢谢！

（根据速记整理，未经嘉宾审阅）