李琦:鴻纳科技石墨烯产品的开发及其在锂电池和超级电容器上的应用
发布时间:2016-05-27 15:21:02
关键词:CIBF2016锂电池电池材料

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图为鸿纳(东莞)新材料科技有限公司李琦博士

   李琦:今天人不多了,没想到搞到最后一天没有考虑到这个效果的问题。

  我刚从波士顿回来,现在还在倒时差,现在给大家汇报一下我们在石墨烯生产和应用方面的一些进展。

  我们这个团队是做本真石墨烯的,很多人以为石墨烯只有氧化石墨烯才叫石墨烯。氧化石墨烯实际上是很不导电的一个东西。

  我们这个团队最早是06年跟魏飞(音)创办了北京天籁(音),我算是它的爸爸吧!魏飞教授算是妈妈。11年我们又出来了,我们整个团队包括一个台湾的老哥,一个合作伙伴跟我们出来了十几个人,就创办了这个鸿纳,我们在东莞。我们在天籁也有一些创办做企业的经验,一开始谁也不知道怎么做,也不知道石墨烯怎么做,我们到了14年才打出网站来,行业里很多人都不知道我们的存在,其实我们已经做了两年多了。

  我们优化了之后,把这个产品越做越大之后发现锂电这个产品有两条线,实际上每条线都可以做到4万吨去。理论上估计就是一个月3000来吨,我们是可以做到的。实际上我们租的这个场地是做不了这么多的,可以做到其中一半。公司到14年,我们在一个偶尔的机会里发现,在清华深圳研究生院拿着一个小东西玩,当时就说李老师您的这个东西怎么都是单层的,我们也吃了一惊,但是后来发现我们这个产品大部分都是单层,你说是100%单层这一定是胡扯淡。企业要的是一个统计概念,我们不是做学术的。

  我们现有的产品,你只能讲单层率是多少,我们讲的是节律度,不是分散度,这是两个不同的概念。

  14年的时候我们就开始大规模的开始做了,我们大概是唯一的一家做石墨烯的企业,是在大规模的应用,这是据我们的了解。

  我们听很多人吹牛做石墨烯,但是我们还真没看到有质量的竞争对手。

  我们公司做了几个方面的工作,一个是储能方面,主要是锂电,然后就是涂料方面,我们发现石墨烯非常的特殊,实际上石墨烯真正做的,我们其实就是一个卖味精的。我做导电剂,在这儿做的防腐实际上也是一个添加剂。后面还有几样,是做热管理方面的,基本上都是一些非常简单的应用,最后一个是复合材料。

  你看各个方面其实是类似的,但是指的是单层石墨烯,实际上就是说,它最大的问题在什么地方?为什么石墨烯也好、碳纳米管也好,都没有得到大的发展?其实原因也很简单,我做了13年的高温超导,但是最后发现低了2个数量级。

  我讲一个故事,几个月以前华为的人来找我们,说要做一个材料来代替铝,比铝的导热性能好,铝就是200多瓦,我们说对不起做不出来,他说你不是说5000,怎么就做不出来了?我说我们设计不出来,在这个方向它只能做到几十瓦,能做到50瓦就不错了。

  为什么要做本真石墨烯?本真石墨烯的特点是什么?这个晶体的完整性要比碳纳米管好很多,碳纳米管是生长出来的,单闭管大概是900多左右。

  跟氧化石墨烯来讲,它也是一样的,导电导热要好很多,另外一个,这种石墨烯它不像碳纳米管,碳纳米管生产催化剂的时候,从环保的角度来讲有很多的问题,同样石墨烯也有很多的问题。

  另外一个,从安全生产上来讲,碳纳米管有很多的问题,我们做了6连的碳纳米管,为什么不敢做了?我都快60了,老哥都60多了,别哪天一爆炸了,我们就去监狱里去做了,我们还是玩一点安全的。

  我听说有一个公司在深圳,把反应器架在3楼、4楼打了一个洞,那个氢气就往窗户外面飘出去了,哪天一炸老总进了监狱,旁边的公司也进入到了极乐世界了。

  我相信我们国内做碳纳米管的企业没有几家是按照国家的法律法规在做的,很多事都是偷偷摸摸的。

  氧化石墨烯最大的问题就是有大量的酸,反应的时候会出现爆炸。这些问题不得不考虑,所以我们说人身安全是最重要的。

  另外一个特点就是纯度,碳纳米管一般和氧化石墨烯大概能做到一个9、两个9,这个是很困难的。我们的本真石墨烯,两个9是很轻松的,三个9难点,但是也可以做到。当然我们锂电极的要搞到3个9。成本明显是比氧化石墨烯要低很多,我们要做到9%,也不敢说是100%,单层石墨烯不像单壁碳纳米管那么贵。

  碳纳米管其实也有它的优点,我待会儿再讲。石墨烯的制备大概是这么两类。第一类是石墨结理(音),现在是各显神通,有很多的可能性,出来的结果是什么?就是纳米级的或者是微米级的,很多已经做到单层或者是少层、或者是两三层的水平了,5、6层的水平也有,我们定了一个标准,说10层以下才叫石墨烯,这个东西讲得也有一点牵强,它没有本质上的区别。

  在这里面,完了以后又分本真石墨烯和氧化石墨烯,又有浆体又有粉沫。这个应用主要是Bulk应用。

  另外一个,就是这种CVD生长,大面积的生长,这个只能按面积,它一平米也不到一毫克,现在一平米都在100多块钱,这比黄金要贵很多。它的应用完全不一样。

  给大家看一下,这是我们在清华照的照片,后来我们也做了大量的统计工作,我们发现这个东西有三种状态,一种是非常不规矩的带状的东西,还有一些圆片片,还有一些纳米的东西。

  由于这个二维非常容易回叠,SM、TEM就很难用了。表面积,我们不是用BAT,我们用的一种方法是吸附的方式,我们发现可以做到2000左右,但是这个非常的不准确。

  2、这是纳米级的,这个太多了,数量上很多,但是实际上这个重量并没有多少,有这三种东西,厚的东西都到了20几纳米了。我们中国有几个标准是跟清华做的,手上有100来个碳纳米管,我们中国有很多标准是没有企业领导的,很多都是学术界的。这个是给大家看一下,在不同的导电材料下,由于各种问题,我们只能跟碳去比。

  这是我们石墨烯的两类竞争对手,这还是美国的。国内的我们来看一下,我们的竞争对手比我们的水平还是差一些的。

  我们有几个产品,我们有油性的,也有水性的。

  这个是想做其他的电池,这个是可以做复合材料的,这个产品我们是有专利的,有成分保护的,这个产品我们设计的是说,烘干了以后可以抗回叠。这是我们的几个特点。

  我们有的产品只能用在磷酸铁锂里面,有的产品是用在钴酸锂里面,这是完全不一样的,我们大部分的产品都是有专利的。

  这四个产品中,这个已经在大规模的出货了,每个月已经是上百吨的量了。

  这个是我们在高电压钴酸锂里面的几个产品,我们设计这个不是给钴酸锂用的,这里有二维的问题,不像碳纳米管一样,你把二维搞多了是会阻挡离子的,不是乱里的,所以要做设计。

  这是我们推荐的一个量,我们推荐是推荐,实际上在应用的时候还是锂电池要根据自己的材料来决定。像这些千分之一就够用了,这两个是给钴酸锂的,大多数材料都可以用,这两个只是给磷酸铁锂用的。水性的做磷酸铁锂的粉,水性的磷酸铁锂也可以用,我们也得到了认证。

  这些应用的添加量也只是我们的一种建议,你本身的导电性有多少,这个也有很大的一个关系,这个是我们12年做的一个东西,当个那样钴酸锂还是一个很大颗粒的东西。

  这个石墨烯是包上去的,跟磷酸铁锂是完全不一样的。你包多了,它就会阻挡离子,除非你可以在上面打洞。这是我们做的渗透理论,在钴酸锂里面,大概估计一下你的添加量有多少,现在看来这个方法还是可用的,它的导电性能比碳纳米管要好很多。

  这是我们非常早期的东西(2012年),现在我们找这样的东西根本找不着,因为太薄。

  麻烦在什么地方?每家生产的磷酸铁锂也好,钴酸锂也好,三元材料也好,就是你不加导电剂这个变化也会很大,这是不同厂家生产的,可以查100倍,这个就麻烦了,你怎么设计你的产品?有的你就得多加点,有的就得少加点,如果你想用一个新的配方,你就必须要把你的供应商给搞定了。

  这个不光是磷酸铁锂,钴酸锂和三元材料也至少有2倍的差别, 这个我们也看到过,在过去8、9年里我们看了很多这样的东西。这个是1002和比较细碳纳米管相比的一个结果。我们可以看到,这是红的对红的,蓝的对蓝,绿的对绿的,用量少了很多,这只是一个用量问题,但是到了最后,很多人也在吹牛说什么快速充放,其实都是瞎扯。

  这是我们做的60度循环,去年我们还出了点问题,我们的客户要求我们抗层降、可流动,我在这个涂料里加了抗层降级,这一加就惨了,其他的性能就下降了。

  在1C充5C放的情况下,我们看不出有多大的影响。

  这是在三元材料里面,这是对于混动来用的,跟这种标准的配方来比,我们加到1.1几就可以了。

  对于3C的应用,我们的用量可以更少一些。这个是加了石墨烯之后,和不加的一个情况。这个倍率差了很多,这是我们的合作厂商在铝箔上的东西。

  石墨烯可以抹的很薄,涂几百纳米就可以了。

  这个是另外一个工作,这是美国实验室搞出来的一个东西,我们也玩玩这个硅和石墨烯的复合材料,我们大概可以做到20几纳米。我们的特点是比CVD生长的方法要轻松许多。

  谢谢大家!

 

 

  提问:你目前这个水性和溶剂性的分散体,你是用什么样的原理来把这个石墨烯分散在这些介质里面的?

  2、还有什么性能需要提高?你觉得石墨烯在这个溶剂和水里需要进行提高,你目前需要做的工作,需要改善的是什么?

  李琦:石墨方面制备这就不方便去讲的,这是公司,这不是学校。我们天天多在改进,做梦都在想这件事,水性的是差一些,很多东西并不像学术界里讲的一样,我们自然也我们的道理。

  主持人:李博士讲的很好,考虑到了电极中间的离子导电一个是电子导电,石墨烯的电子导电确实改变了很多的电池,包括我们现在一些高端的手机电池里面。

  提问:我想问一下您所谓的本真石墨烯,就是非氧气,是直接用机器去剥离的吗?

  李琦:你老问方法,别老想抄作业。

  提问:你只要点头摇头就可以了。

  李琦:我既不点头也不摇头,你想怎么想就怎么想。有一点是可以讲的,本真石墨烯它的含氧量非常之低。我们的石墨烯的含氧量低于1%。


稿件来源: 电池中国网
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