我们这个项目是在美国能源部的，我们今天重点介绍一下硅负极在这个领域的开发，其中包括三个部分是如何采用高通量进行实验设计，第二结果是通过一小部分的实验来理解如何提高硅负极的性能表现；对于新开发的技术进行全面的评估，比如说高温、低温以及不同的硅负极材料的性能表现。

    我们大家都知道，传统的实验研究方法一般都包括实验设计、材料合成、材料测试以及数据分析。很多时候我们都是在实验里进行几个或者是几十个实验，由于实验数目的限制，没有办法将你所有的设想进行实验证实。我们公司的高通量平台将给我们这样一个机会，我们共同来生你所样的设想。

    我们合理的实验设计、大量的实验，然后是电池测试以及高通量的数据分析。在这个实验过程当中我们可以平移几百个样品，可以同时组装并测试几千个不同的电池。这不同的电池里面的正极材料、负极材料都可以是不一样的。对于高通量的实验设计，与传统方法有点不一样，而且它是相当重要的，如果你的实验设计不合理，你后面的几百甚至是几千个实验都会前功尽弃。

    另外一点，由于高通量这个平台，我们可以进行大量的、系统性的实验设计，而且在这个实验过后，也得到了一笔新的数据，根据这个数据可能也会有新的设想，然后再进行下一个循环，来证实这个是你新的设想。也就是说高通量平台给我们提供了这样一个机会，在更小的时间内进行更多的实验，而且对材料性能有一个更大的提高。

    我们Wildcat Discovery Technologies公司主要有几下几大优点，我们这个实验方法是实际的实验方法，而不是理论计算，理论计算最终还是要通过实验来证实的，有了这个就可以帮助大家来证实你所有的设想。

    目前我们研究的领域主要包括正极材料、负极材料和电解液。

    我们Wildcat Discovery Technologies公司的高通量平台所有的硬件、软件都是我们自主开发的。这个给我们带来了很大的灵活性，特别是在高通量的实验设计和数据分析方面。

    正是由于这种灵活性，我们最近开发了几百套特殊的测试系统，这些测试系统在电池循环当中可以检测气体的产生量，对高电压的开发是相当有用的。

    这个是高通量平台，我们的研究人员在过去7、8年的时间，积累了大量的研究经验。在这里包括高通量的实验设计、高通量的实验分析，特别是在电池材料引进方面。

    同时我们也建立了大量的数据库，特别是在正极材料和电解液这两大块。

    由于高通量平台，又有丰富的高通量研究经验，可以大大缩短我们从材料端的研究到最终推向市场的时间。由于高通量可以进行大量的系统性的实验，而且自动化的应用也可以减少试验误差，这些都会大大提高成功性，而且也会相应的降低研发成本。

    今天我的报告主要是有关硅负极电解液的开发。

    我们大家都知道电解液是一个非常复杂的体系，它里面有几种溶剂，有多种功能的添加剂，但是这个体系又是一个非常重要的体系，它对于电池各方面的性能都有很大的影响。如果我们回头看，电池材料以及开发方面，实际上对电解液的研究还是比较慢的，主要是由于以下几个原因，电解液的研发主要是从电解液提供商或者是电池制造商，这个循环周期比较长，一般至少4大6个月，有一些电池生产厂家自己开发电解液。这个电池厂家会花很多的时间放在正极、负极材料的筛选上，或者是进一步的改进上面。

    电解液开发有两个特点，一个是它本身很复杂的体系，第二花在电解液开发上的时间相当短，我们高通量正好克服了这两个困难，可以大量的节省时间。

    下面讲话一下硅负极电解液的开发。硅负极的容量密度很高，但是硅负极也存在着很大的挑战，主要是循环寿命方面。目前对于硅负极体系主要是采用FEC。

    FEC这个材料今年加拿大的一位教授在今年发表了一篇文章，详细讨论了FEC体系的应用。明确看到了在电池循环当中FEC是被逐渐消耗的。这个FEC跟电压平台也有关系，如果电压平台升高，FEC的消耗也会更大。我们希望可以开发一款新的电解液体系。

    我们采用高通量对电解液进行开发，综合考虑了这三个方面，溶剂、添加剂以及盐类。我们在这两个项目当中总共筛选了500种不同的溶剂配方，300种不同的添加剂，每一种添加剂至少测试两种溶度，还有10种盐类。大家一般会想到我是不是可以把所有的组合起来？

    我们在设计当中是通过分批，而且是每一批进行合理设计，总共筛选了2000个配方。我在溶剂里面分为两类，碳酸脂类和非碳酸脂类。

    添加剂对于硅负极的要求会更高，我们会根据硅负极可能的功能来进行设计。

    我们做完电池之后进行测试，我们测试它所有的性能指标，我今天主要看的是在它的容量保持力。在这里面每一个点代表一个实验。你看在非碳酸脂类，我们都有一些溶剂的配方，容量保持力都有很大的提高。

    右边这个，在这里面有不同的添加剂，按照可能的功能来进行设计，每一种颜色代表一种添加剂。你可以看到有一些添加剂对于它的容量保持力有很大的提高，有一些反而是有副作用的。

    这里面涉及到一个相关的作用，我下面举一个简单的例子。在这300个添加剂里面分为26个不同的种类。你可以看到，在这里面有两种不同的添加剂，两种不同的溶剂，你也可以看到，在这里面这个碳酸脂类的性能有所提高。这个就要求做一个比较全面的、相关性的实验设计。

    另外一个是盐类的影响，这个地方我们选了5种不同的低黏度溶剂，7种高黏度溶剂，这里面有66个配方，有很大一部分对于材料性的，特别是容量保持力还有很大的提高。你可以看到，3、4、5所需要的溶剂，都是不一样的。

    我们在进行系统化的实验设计筛选过后给我们提供了很多种解决方案。

    我们下面具体看看这些比较好的溶剂配方的性能表现。我们首先看的是常温条件下的容量保持力。仅仅是ECMC的话容量衰减会很快，红的是采用的FEC，其他都是不含有FEC的。我们再看如何采用非碳酸脂类，这个不含任何的FEC，你可以看到，这几类的配方对于它的容量保持力都有相当大的提高，循环度都在80%以上。

    我们下面具体看一下在FEC的时候，容量还是有很大的衰减？我们做了一个电池，在300次循环过后打开这个电池，我们跟正极材料相比，你可以看到，这个容量衰减的很小。另外，我们做的实验是把这个循环过后的负极材料与正极材料做一个测试，它的容量与新鲜的负极材料的容量降低也很少。这个是FC，这个是其中一种配方，我们开发的配方。

    在这个基本溶剂里面，这个容量在300以下，蓝色的还保持在400以上，这就相当于说还有80%的容量把持率。这个新的配方对于硅负极的保持作用还是相当大的。

    我们也知道这个硅负极领域有石墨也有硅，这个溶剂配方到底是保护了石墨还是保护了硅，还是两者都进行了保护。

    这是两个不同的曲线，如果把这三个容量都换成100，到右边这个图，你可以看到这个紫色采用的是基本溶剂，这个曲线与石墨基本上是一致的。在这个基本溶剂里面，300个循环过后，你这里面基本上没有活性硅了。

    我们开发的蓝图的电解液，与硅负极的曲线是完全吻合的。你这里面的石墨跟硅的容量损失是一模一样的。

    这里看一下在高温45摄氏度，这个是基线，你明显可以看出这些新开发的配方对于它的性能都有很大的提高，下一步的工作就是在这里面你要添加高温的添加剂。我下面一个例子就证明了这一点。

    在高温电压的条件下，对于散热材料与硅负极，我充电到4.4伏的时候，这里面我加了我们自己公司开发的高电压的添加剂，你可以看到，在这个条件下，对于我们开发的新的电解液，它的容量高达90%以上，这是充电到4.45伏的情况下。

    我们在这里看得是，在常温下充电，在零下20度放电，你可以看到这4种新的电解液对于容量都有所提高。在低温条件下看它的SI，其中有两种电解液配方，是大大降低了SI。

    我们对这些材料还评估了其他不同的三元材料以及硅负极。我刚才讲的这些数据是采用正负极材料。这里面采用的是其他客户提供的正负极材料。

    首先，我们看到的这些都有很大的提高，与控制压力相比。在这里面是试验误差，明显可以看到，对容量保持力有很大的提高。我们现在有了很大的数据库，我们如果要做优化的话也会起到一个很好的作用。

    这个地方我们画了一个图，越往中间越好，我们对比的是10%的FEC，我们看的是高温循环，低温的SI，以及低温的容量保持率。

    我们对于高通量这个技术，实际上它也可以完全应用在不同材料的开发上，包括正极材料、负极材料，包括一些相当复杂的配方也可以进行筛选。你考虑到电池各方面性能的时候，多变量的时候也都可以适合于我们的高通量研究。

    我们这个高通量的研究实际上是可以适合于产品开发的各个阶段。

    现在总结一下今天的报告，首先向大家分享的是我们高通量的这个平台，可以帮助你在更短的时间里进行更多的实验，给你的材料带来更大的性能提高。

    另外，我介绍了一下硅负极电解液的配方，而且对各方面的性能也做了一个比较全面的评估。当然，如果你要有不同的硅负极材料，或者是不同的正极材料，可能还会要求做进一步的筛选。

   

    提问:这个容量是变化了，这个材料的下降，比如说像硅正极的材料，当你改变阴极材料的时候，负极会有一些什么改变？

    李斌：我们也把这个公司给其他客户看了，我们不知道这些材料含有多少硅，但是他们告诉我们，他们这个阴极的规格是543。

    提问：你这个高电价添加剂有在高电价的钴酸锂上做过测试吗？

    李斌：有测试过，4.45伏。

    提问：效果怎么样？

    李斌：目前性能有相当大的提高，如果你感兴趣的话，以后我也可以给你看一下这个数据。

    提问：李老师您好，我想问一下您说的筛选溶剂这边，看你提到了非碳酸脂类，这个是我们自己合成的，还是通过筛选很多的目标选择的？

    李斌：不是自己合成的，商业上是可以购买到的。

    提问：你们使用什么样的电池？像这个硅阳极，比如说出现膨胀的情况，你们是选用什么样的电池？

    李斌：我们现在选用软包装的电池，来看它的循环性，然后使用合适的电解液去做我们这个实验。