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小鱼儿论坛香港马会:Joseph:采用独特的电热流化床(EFB)技术研发的新型炭材料及其

  Joseph:首先谢谢大会所有的领导,邀请我们来参加这个会议,也谢谢各位嘉宾,让我有机会在这里能够跟大家分享一下我们在做石墨方面的一些经验。

  我大概有20来张PPT,我尽快的说一下。我看到每一位博士都用中文演讲,我有点担心,因为我的中文都不如他们好,所以说我中间如果加了一些英文的话希望大家可以原谅。

  另外我也会介绍一下电热流化床的一些技术,经过这个技术研发出来的产品在先进电池方面的一些应用,最后有一个很简短的介绍。

  我们公司是一个私人企业,已经有将近100年的历史了,明年就是我们公司的100周年了。公司在芝加哥,大概有320个人,我们有四个研发中心。

  这张图是给大家介绍一下我们公司在哪里,地理位置,我们的总部是在芝加哥,我们芝加哥附近有4个厂,我们在瑞典有一个厂,欧洲的总部是在德国,现在在中国上还有我们的分公司,叫卓越石墨中国分公司。

  我们在研磨方面也有很多的技术,适用于不同产品的应用上。我们也会做电极,跟这边的关系不是很大,主要是炼钢炼铁方面的。

  我们公司是做石墨的,做了将近100年。我们现在非常注重的是在能源材料方面,很多电池都有参与这方面的服务,为我们的客户提供必要的产品。下面我也会提到锂离子电池,在燃料电池方面我们也有参与。

  大家知道,我也提到了,石墨是一个非常特殊的材料,它有几个基本性能,一个是有导电性,导电导热性,另外一个是有一个润滑性,有化学稳定性,这四种性能在我们能源材料方面其实主要用的是导电性和化学稳定性。

  电池的发展对石墨的要求越来越高了,以前我们认为98%的碳含量就已经是很纯的石墨了,但是随着技术的发展,对纯度的要求越来越高。这是一位中国的教授发表的一篇文章,这个是石墨用在铅碳里面的一个图,往这边走在同样过电位的情况下,电流越小,往这边走,过电流就越大。各位都是做电池的专家,在锂电池里面也有同样的问题,纯度不够的时候,会引起很多副作用,产生很多气体。

  我们怎么去把石墨纯化?传统的有两种方法做石墨的纯化,一种是用化学的方式,就是用酸来洗这个石墨,比如说用盐酸、硫酸,把石墨洗干,洗了以后用水把它清干净,这个是用在发展中国家的,中国很多的石墨都是这样的,这个工艺相对来说比较简单,因为你有一大池子的酸,也比较经济,但是,从性能来说,有一个考虑是这样的,这个酸碱在石墨内部你用水是洗不掉的,在外面是可以洗掉的,洗不掉意味着什么?这些酸碱存留在石墨里面的时候,用在电池上的时候就会有一定的影响,另外对环境也有一定的影响。这种技术在欧美基本上已经不用了,他们用什么?用高温加热的方法,这样来把杂质烧掉,来进行纯化。

  一般的高温纯度,中国开始做这方面的高温纯化,简单地讲就是把石墨放在一个大箱子里面,因为体积比较大,加热2、3天,加热到2000度、3000度,烧几个小时,再花2、3天进行降温,基本上需要4、5天才可以得到你所需要的结果。另外一个经济效率也不高。

  我们公司从大概40年前就开始做一个完全全新的技术,我们叫做电热流化床技术,这个技术怎么做的?我们是有专利的。这个想法很简单,就是把这个炉子竖起来,竖起来以后在上面加石墨。在这个范围内有一个流化床的效应,温度很高。这是一个连续过程,每一次可以纯和几千吨石墨。

  它有什么优点?一个方面是连续的生产过程比起一般的没有那么大的变化,因此对客户来说是一个质量比较稳定的一个技术。

  我这是一张简短的数据,大家可以看到,这个是没有纯化之前的石墨,大概是98%,在不同温度的情况下,你可以看到很容易就达到了99.95%以上,大家更感兴趣的是杂质的问题,这是各种杂质的测量,这个是原始材料,这个是经过电热流化床的,这个是一般的,我们从市面上买的产品。

  除了做这些以外,我下面会跟大家看一些性能。这是一些TEM的照片,其实它很薄。我们做了一个比较,首先你们注意到的是它的纯度,这个产品大概是99.4,我们的产品可以做到99.9。

  用BET去计算石墨烯的厚度,这有一个假设,假设石墨烯表面是完整的,你完整了之后去用BET去算厚度那是对的,但是实际上很多的石墨烯表面不是完整的,有很多孔洞,有很多孔洞的时候你的计算方法跟你的实际结果就有很大的误差。

  我要跟你们看一下它的导电性能,这个是用不同的石墨混不导电的粉沫,在不同石墨含量的情况下测的电阻,也就是说越高的电阻导电性越差,你可以看到一般的石墨在这个位置,特殊研磨的石墨跟膨胀石墨它的导电性相差是非常远的,一方面是石墨薄了,导电性增加,另外一个是因为石墨在同样的重量积增加了,形成的导电网络更容易。

  我简单的讲一点应用,这边我们在这边开发的产品,应用在锂离子电池里面,这个是用在膨胀石墨在磷酸铁锂方面的一个比较,这个是一般的导电焦炭,红的是膨胀石墨。你的含碳量超过3%以后,膨胀石墨就有一定的优势了。

  铅酸电池里面现在也是在不断的发展,因此,它的原因就是原来有了硫化铅形成了表面,损害了铅酸电池的寿命,解决的方法是在传统的铅酸电池里面加上少量的石墨或者是碳,使它变成铅碳电池,这样就明显增加了循环的寿命和充电率,降低它的内阻的增加。

  这张图不是我做的,这张图是美国一个铅酸电池协会做的,你可以看一下,这个图有点复杂,这个是循环次数,按照欧洲的标准在体型电池循环的曲线下做的一个循环次数,循环次数跟我们讲的锂电池的循环次数稍微有一点不同的意思。这是12万次,跟我们锂电池是完全不同的观念。

  在这里你看两线,一个是蓝色的线,这个是没有加石墨的线,一个是红色的线,你把这个线连下来,在这种循环的条件下它可以增加50%以上的使用寿命。

  没有加石墨的情况下,内阻增加非常快,加了石墨以后,它的内阻增加就会慢很多,慢很多对电池放热,对电池的效率就要增加很多。

  3、这张曲线是对充电效率的接受能力。铅酸电池除了这两个指标以外,还有别的指标,比如说低温性能的问题,通过加导电石墨,低温性能也会得到改善。

  另外一个是比较传统的电池了,大家注意没有注意到碱性电池。你可以看到,传统的是加人造石墨,或者是天然石墨,现在是加膨胀石墨以后,导电性明显下降。

  随着电池技术的发展,我们需要越来越纯的导电材料,这是我们需要的,原来以前的那些标准逐渐的不太适用了。

  我们新开发的产品,再加上膨胀石墨技术,我们能够给大家提供非常好的产品,作为导电材料,在各种的电池中间,包括锂电池、铅碳电池。

  另外我们也在做石墨烯这个材料,通过我们产生了石墨以后,我们进一步做了石墨烯在纯度、导电性上面都可以达到一个很好的结果。

  提问:我想请问一下,刚才说到只能做导电剂,为什么不直接做负极材料?经过流化床之后是不是因为膨胀的问题导致的?

  Joseph:这个问题问的很好,今天实在是因为时间的原因,我把我的重点就放在了做导电材料方面。

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