6月20日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦的第十一屆“中國(guó)國(guó)際電池技術(shù)交流會(huì)”在深圳會(huì)展中心開幕。本次交流會(huì)以“動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池”為主題，重點(diǎn)關(guān)注了電池應(yīng)用領(lǐng)域。全球50多位電池業(yè)界頂級(jí)專家亮相交流會(huì)并發(fā)表了主題演講，來自50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的800多名行業(yè)專家、學(xué)者和企業(yè)家與會(huì)。圖為來自美國(guó)Wildcat公司的Li Bin先生在CIBF2014中國(guó)國(guó)際電池技術(shù)交流會(huì)上發(fā)表主題演講。

　　Li Bin
　　今天我要講一下如何通過高通量篩選法發(fā)現(xiàn)電池電極和電解質(zhì)材料。我們做了很多實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)，包括合成、測(cè)試、分析等，終于找出一種新的方法來幫我們尋找新的材料，在制造平臺(tái)方面可以同時(shí)合成上百種物質(zhì)，并同時(shí)生產(chǎn)上千款電池。由于進(jìn)行了大量的研究和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，所以我們有很多數(shù)據(jù)，也可以用自己的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
　　我先給大家介紹一下高通量篩選的能力。它可以同時(shí)進(jìn)行多種正極材料的篩選，通過這種合成方法可以得到很多材料。在過去幾年中，我們將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累成一個(gè)電池?cái)?shù)據(jù)庫來研究各種材料。這些研發(fā)技術(shù)使我們公司在2012年被評(píng)為世界五十個(gè)最具創(chuàng)新能力公司的之一，其他上榜公司還有三星、谷歌、微軟等。
　　我們對(duì)于材料供應(yīng)鏈，比如電池生產(chǎn)商、汽車公司、醫(yī)療公司、消費(fèi)品生產(chǎn)商等都有合作，同時(shí)也與國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過一些合作。我們的研發(fā)成果可以使客戶減少成本，提高導(dǎo)向力，并使產(chǎn)品上市時(shí)間加快。
　　下面我向給大家介紹一下高通量篩選的方法。在實(shí)驗(yàn)中，我們先進(jìn)行合成，然后再進(jìn)行電解質(zhì)的準(zhǔn)備、檢測(cè)，最后進(jìn)行篩選，之后再進(jìn)入到第二次設(shè)計(jì)。因?yàn)槊總€(gè)部門都要實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化，所以只有通過這種比傳統(tǒng)做法更快的方法，才能做到每個(gè)步驟之間的快速互動(dòng)。
　　高通量不僅意味著整個(gè)生產(chǎn)效率的提高，還意味著實(shí)驗(yàn)的成功性也在提高。實(shí)驗(yàn)前期，良好的前期設(shè)計(jì)對(duì)于實(shí)驗(yàn)的成敗至關(guān)重要。前期設(shè)計(jì)可以讓我們考慮到實(shí)驗(yàn)涉及的多個(gè)方面，以及不同合成的狀況，也就更可能獲得成功。由于我們有很多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此可以進(jìn)行較為全面的分析，并得到更為優(yōu)化的結(jié)果。因?yàn)橛辛俗詣?dòng)化篩選的過程，所以第一次篩選到第二次篩選的速度有所增加。有了系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)和自動(dòng)化的篩選，就可以更高效地利用我們的科學(xué)設(shè)備，從而降低成本。
　　接下來給大家展示一下高通量篩選如何尋找并開發(fā)新的電池材料，以及如何更高效地發(fā)現(xiàn)一些有意義的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在這里我要著重提兩點(diǎn)：第一、我們每次項(xiàng)目的持續(xù)時(shí)間大概是3～8個(gè)月；第二、在每個(gè)項(xiàng)目中，我們要完成很多實(shí)驗(yàn)，其中一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了大約3000至6000個(gè)實(shí)驗(yàn)。高通量的篩選比傳統(tǒng)的方法更加高效，以CM1為例，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段磷酸鹽的涂層非常重要，我們的策略主要分成以下幾個(gè)部分：第一是改變磷酸鹽和鋰的比例；第二是通過減少分子的大小來減少分子中的缺陷，提高它的容量和傳導(dǎo)性。由于分子的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、大小都要協(xié)調(diào)，如果設(shè)計(jì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)，如何在幾個(gè)月內(nèi)全部完成？我們找到了一種復(fù)合物，它的容量比容較高，而且效果也不錯(cuò)。通過這樣的設(shè)計(jì)，在一周之內(nèi)就得到了所需的數(shù)據(jù)。
　　另外一個(gè)例子就是離子硫酸鹽。我們給客戶體提供這種材料供其篩選看重的主要是它的容量。它的容量可以達(dá)到270毫安每克，但這種新材料沒有電鍍壓的減損，這在離子復(fù)合物方面也是一大問題。通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，在其他正極材料平均電壓在下降的情況下，這種新材料的電壓反而上升，而且隨著不同循環(huán)的進(jìn)行，該材料的放電電壓也保持穩(wěn)定。
　　對(duì)于高溶壓電解質(zhì)，我們要看的是它的效率。為了找到EM1，我們先后篩選了5000種物質(zhì)。我們測(cè)試了EM1在不同的高壓情況下的表現(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)一種高壓的晶體物質(zhì)同樣可以提高負(fù)極材料的壽命。一種命名為EM1.3的物質(zhì)有超過9種的復(fù)合物，對(duì)于不同的正極材料，它的容量表現(xiàn)大大提高。同時(shí)，這種物質(zhì)也可能會(huì)由于吸附能力不強(qiáng)，造成分布不均勻而導(dǎo)致失敗。但我們發(fā)現(xiàn)一種新的電解質(zhì)添加劑可以解決這個(gè)問題。
　　我們參照以下兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)篩選了其他組成部分：一是容量，、二是循環(huán)壽命。可以看到在沒有高壓添加劑的情況下它的表現(xiàn)非常穩(wěn)定。在沒有任何電解質(zhì)的情況下添加EM3，EM3和高壓LCO可以很好的復(fù)合合成，EM3可以很好的控制LCO。
　　下面我給大家介紹一下我們的兩個(gè)合作項(xiàng)目。第一是電解質(zhì)的優(yōu)化。我們和世界最大的電池生產(chǎn)商進(jìn)行合作，我們需要開發(fā)新電解質(zhì)來提高其電池在高溫下的壽命。我們?cè)?個(gè)月內(nèi)進(jìn)行了3000個(gè)實(shí)驗(yàn)，并得到了高容量，壽命長(zhǎng)的電池。第二是我們和全球的材料供應(yīng)商一起合作的項(xiàng)目，我們?cè)?個(gè)月里進(jìn)行了6000個(gè)實(shí)驗(yàn)，希望可以提高正極材料的能源密度，同時(shí)提高它們?cè)诟邷厍闆r下的壽命。通過實(shí)驗(yàn)可見它們?cè)诟邷叵碌谋憩F(xiàn)也很不錯(cuò)。
　　篩選的工具是種新材料，而且是世界上獨(dú)一無二的。通過這種高通量的篩選方法可以找出材料合成和電化學(xué)方面的特性，并縮短研發(fā)時(shí)間、降低成本，提高實(shí)驗(yàn)的成功性。我今天介紹的僅僅是我們70多個(gè)項(xiàng)目中的2種正極材料——CM1、CM3，和兩種電解質(zhì)添加劑。
　　謝謝大家！
 

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