绿能纤材邱磊：《高性能锂电池负极水性粘接剂的性能研究》

演 讲 实 录

邱磊：我是来自重庆理工大学，也是绿能纤材（重庆）科技有限公司的总经理邱磊，我一直在搞锂电池粘结剂方面的相关研究。目前，我们公司布局的粘结剂有水性粘结剂的CMC-Na，还有CMC-Li，还有SBR、PA。我们有一些产品已经量产化了，而且在市场上已经批量使用，SBR和PA也在不断地进行试用和推广，如果大家感兴趣可以相互交流。

对于报告我主要从以下几个方面作汇报：

第一，市场需求

市场需求方面，因为我们的材料作为粘结剂作为主材，是跟辅材进行匹配使用的，比如像正极的粘结剂把三元和磷酸铁锂也好，粘到铜箔上。负极的话，比如把石墨进行悬浮分散以后，粘到铜箔上的作用。我们这个材料基本上占到了负极粘结剂主要部分的地方，负极粘结剂主流还是CMC+SBR的组合。这么多年我们一直从国外进口，基本上做的比较好的都是从日本那边卡脖子卡得很厉害。我们做了一个事情，我们从纤维素里面的粘结剂加上SBR粘结剂从实验室做了十年，我们做到了现在的量产化。我们第一个客户是宁德新能源，2019年进行批量使用。它的纤维素+SBR有它的适应性和完美的匹配性，每个材料有它的特点。

我们这个材料大概占到负极电氢一般石墨占到95分，我们这个材料大概占到1.5%~2%之间，就是CMC。SBR大概也是占到这个比例，基本上整个市场空间如果按照CMC的话，大概占到石墨负极的六十三分之一左右的样子。2020年负极出货量大概是36.5万吨，2021年大概78万吨左右的规模，我们预估2025年整个市场空间负极可能达到270万吨左右的空间，我们预估到整个市场的情况，我们预估在2025年接近百亿的市场空间。

对于这块80%~90%从国外进口，国产绿能纤材是唯一一家专门做粘结剂研发生产和销售的公司，站在国内市场份额目前还是比较小，因为前面一段时间基本上都是从国外进行进口，我们在逐步做一些国产化的产品。

市场现状方面，我不详细地叙述了。这方面的资料比较多，而且这两年锂电池爆发也比较猛，各方面的数据更新得太快，有些不一定能达到及时的更新速度，这方面我不做详细地叙述了。

整个电芯像味精和盐一样，如果这个菜没有加上盐，它能吃，但是不一定好吃。我们这个材料占的比重比较小，但是作用非常大，整个成本基本上接近在千分之三左右（CMC），加上SBR，合计大概不到1%的成本，但是作用非常大。

第二，工艺特色

国内做CMC的历史还是比较悠久，但是做了这么多年，我们吃的、喝的、用的用了很多CMC，国内CMC生产能力接近300万吨，但是在食品、牙膏、牛奶这个领域，但是2019年之前很少有国产的粘结剂生产商CMC在其他领域使用。这个工艺是粘结技法工艺，用棉短绒在里面快速搅拌，面粉是湿的，但是没有液体出来，所以所有传热和传制都是以半固体形式传制的。有时候像吃包子和馒头偶尔会吃到生面粉，里面没有反应好，半固体传热也比较慢，从投入到出产2小时，造成温度不均匀。这造成整个体积不均匀，比如相同的工艺和配方，做出来20批不同的结果，可能2批符合食品，有2批符合锂电池，所以这个工艺做出来的产品均匀性、稳定性比较差，切换也比较频繁。这就是为什么日本CMC卖得那么贵，国产卖得那么便宜，价格差了几倍十几倍，这就是稳定性比较差。国内晶圆厂在2019年之前不采用国内生产的CMC的原因之一，也是因为这种工艺产品指标是差不多的，但是在使用的时候不稳定，比如黏胶颗粒等等，都会造成很大的影响。这个材料非常关键，为了解决这个问题，我们采用了淤浆法的工艺，我们做这个工艺做了接近11年，反应釜、工艺路线我们都申请了专利。控温过程，温度控制在正负1度左右的样子，所有反应以液体形式进行反应的，所以传热、传制非常均匀，这也保证了产品均匀性、稳定性比较好，对这方面感兴趣的同仁可以去我们现场参观一下。所有生产区域都是净化房，部分区域级别更高，里面基本上都是无尘车间，所有工人基本上都穿用无尘服的。

我们这个工艺对标日本的工艺，品质方面已经在客户那里做了对比。有多家客户已经反馈，我们的CMC-Na跟日本的CMC-Na，有些性能跟它差不多，有些性能已经超过了他们，这方面我们也可以做一些印证。

第三，对比分析

我们做了很多对比，国内食品级的CMC-Na在电池里使用虽然不对，而且也容易出危险，可能对于电池厂来说这方面研究比较少，但是对于材料厂来说，有责任和义务把这个材料研究好，我们不能简单的从这个指标上评判这个材料，是否符合你的使用，这方面我们做了很多工作。绿能的产品有CMC-Na和CMC-锂，还有纳米纤维素。2019年我们开始批给电解质厂进行使用，之前因为没有自己的产线，所以发展比较慢，今年我们建了一条自己的产线。

我们分析了国内外的情况，比如小黑点的情况，有很多电池厂进行评测的时候根本没有考虑到小黑点的问题，我们把市面上各类型的同类产品做了分析，分析了小黑点产生的原因、影响因素，我们都做了分析。我们也做了溶解以后做生纤维残留，生纤维残留不起积极作用，而且容易发生一些不好的影响。为了解决这个问题，我们也做了很多实验。

如图所示，一方面粘度做得比较高，另一方面产品的纯净度非常高，纯净度越高，说明里面反应得越均匀，一致性、稳定性比较好，没有生纤维残留。可以看到一致性还是比较好的。

我们也做了很多异物筛查，我们把国内外的产品做了对比。我们的产品基本上不会存在异物的情况在里面的。因为我们是高分子材料，我们又分析了核磁共振的情况，做核磁比较麻烦，也不一定全面。我们基本上会花一两个月时间拿一批产品做核磁分析，从结构上分析生产过程对产品有没有影响，以及客户使用过程中有没有影响。

我们也会做核磁分布，两种方法对比核磁分布，如图所示，我们来评判这个材料到底是怎样的材料。我们也会做断面拉伸，在电池里面材料一定会考虑它的力学性能的影响，这方面我们也做了很多工作。我们也做了分子量的分析和相关分析。

一般的材料都会从这方面进行考虑，考虑到粘结剂粘结力、内聚力、柔韧性、材料强度、溶胀性能、成膜能力、离子电子电导率，以及做到电池之后机械、安全、电化学和动力学性能的影响，评估出来以后，这个材料可能不错，才可能往电池客户那里进行推广，而不是说客户需要一个什么样的指标材料给它进行尝试，试好踩到狗屎运就好，测试不好就知道这个材料不好。不管好与不好，我们都要知道它的原因，我们也会做很多分析。

我们拿到很多测试报告，目前绿能纤材有70多家电池厂，从2014年就开始在行业内送我们的样品开始进行评测，像宁德、比亚迪等等这些，我们都送了样品，我们也拿到很多测试报告，从悬浮性能、沉降实验进行分析，这些都是客户那边反馈出来的结果。

我们的产品跟日期产品竞争最多的就是从电化学方面进行分析，我们跟日本产品基本上在每家客户上都会做分析和评测。这些都是在某个电池厂做的数据，减少物理反弹、改善压实和吸液、减少直流内阻，都是客户反馈的结果，基本上每家都能帮助它解决内阻方面的效果。

除此以外，我们还能明显地改善析锂现象。这个材料改善析锂非常明显。我们在其他电池厂评测了粘结应力、容量和内阻情况，这方面也做了很多分析，现在他们也在批量使用CMC-Li这个产品。我们这个CMC-Li跟日本的CMC-Na这个产品，一个是离子力有很大的提高，另外相同情况下我们这个材料的循环比日本产品多出来400个循环。一天充一次电的话，使用寿命方面我们这个材料也是有比较明显的优势。倍率性能，CMC-Li这个材料比CMC-Na非常明显，基本上每家都能体现出来，特别是在2C、3C、4C、5C，我们的CMC-Li倍率性能、大倍率方面得到大部分客户的认可，这些数据都是客户反映出来的数据，不是我们自己测的。

我们拿到很多测试报告，包括倍率方面、3C、4C、5C，这方面我们都有明显的优势，这些都是从客户报告中截取的一部分。循环方面，我们还是有非常明显的优势，CMC-Li比日本的CMC-Na有明显的优势，特别是在循环方面，如图所示这是10月份的最新数据，循环超过1320周的时候，CL450比日本的MAC500容量保持高出了3%个点，这是非常大的改善，而且我们清洁量占到负极的1.5%，占到整个电池可能是千分之几的比例，但是提高了3个点以上的容量保持，高温情况我们保持了2个点以上的循环。

CMC-Li还明显地改善了内阻的情况，包括高低温，以上都是客户反映的数据。包括450和MAC500首效、容量发挥都高于量产的MAC500的电池，都是客户反馈出来的数据。包括存储方面，也有一些改善，包括高低温放电，还有低温放电性能，CL450优于MAC500，这些都是客户反馈的结果。

倍率性能方面也是有明显的优势，在很多电池厂得到了反馈。我们这个材料属于高性价比的材料，添加剂占到千分之几的比例，成本占到千分之三的成本，性能方面能提升3%~15%的性能，但是每家工艺不一样，比例会有一些差异性。

目前的客户有70多家电池厂，小批量的有40家，中试导入15家，批量采购3、5家。为什么比较少？因为我们重新成立了绿能纤材这个新公司，重新以绿能纤材的名义在一年半的时间内做了这么多的事情，基本上我们的客户大部分都是头部的电池厂的客户。

我们作为材料供应商，我们非常重视自己的研发。我们一个材料不会简简单单的给客户指标，我们会做很多方面的评估。如果同行有些材料没有地方进行评估的话，也可以联系我们，我在重庆理工大学，我们也有新能源实验室，我们这个是不以盈利为目的的机构，但是原材料费用要给的。我们会把你所涉及到的所有材料，需要评测材料所有的材料用量多少，做多少电池，每个电池需要多少克或者需要多少用量我们都会算出来。算到一个总成本，再帮你进行评测，每个材料都会做这方面的评测。

为什么做这方面的评测？因为每个材料都涉及到7种性能。每个性能对粘结剂有很多方面的影响。我们看到的可能看到的是加工寿命、循环、动力学等性能，但实际上它的每个性能都会跟其他前面很多材料都有相应的关系。大家做材料的时候不简单地是靠一些很表观的分子量多少、颗粒度多少就能解决材料的问题，那是解决不了的。我们作为科研型为主体的公司来说，我们在这方面还是做了很多工作，我们会把一个材料评估得比较详细，再告诉客户。客户评估的资源也比较有限，它也有很多材料需要评测，特别是辅材，不可能有非常多的资源进行评测。

第四，团队介绍

我们大概发展了十年，从2011年就开始准备这个事情，发明了一款水性的补锂的粘结剂。CMC-Li，我博士论文也是做了这方面的合成测试和研究，感兴趣的话也可以网上下载。我们从2012年开始发表论文，做到现在的量产。

我们团队本着持续研发的能力，包括产品也不断地丰富和更新，从纤维素钠，国内和国外的进行PK，然后再进行国产替代。利用我们的逻辑，不断地做成定制级的粘结剂平台，纤维素类的、SBR类的我们都在进行布局。生产方面我们也有一些优势，包括平台方面我们有几大平台的支持。以上是我个人的简历，一直从事锂电池粘结剂相关的工作，发表了很多论文和专利。以上是我们的创始团队成员，这个项目大概有40多个成员，管理人员大概20多个人。我们也有一个重点实验室，如图所示是我们实验室的内景，我们跟重庆理工大学和绿能纤材一起组建的，也可以帮助同行做材料的评测，可以联系我们。我们可以帮你们做材料评估和分析测试，因为我们每年有那么多硕士和博士进入到我们团队里面，可以帮助大家做一些事情。

如图所示是我们的一条老线，产能是一千吨的产能，产能不是特别大。新线的话，这是国内目前唯一一条自动化纤维素基锂电池粘结剂生产面，跟食品级、牙膏级的完全不一样。里面所有的环境，包括楼梯都是用的不锈钢的，包括楼梯和把手，包括楼梯下面的走廊，全都用了不锈钢。如果感兴趣的老板可以去我们那里参观。

第五，产品介绍

如图所示是我们的产品型号，基本上对标的是日本的产品。覆盖了主流市场上的产品，如果有特殊需求我们也完全能满足。如图所示是我们产品的运维情况，如图所示是CMC-Li的应用情况。如图所示是我们合作的客户，其次是我们走访客户的情况。这是我的微信号，如果感兴趣的老师可以加一些我的微信，手机号也是我的微信号，欢迎各位老师或者同行去重庆指导工作，也欢迎有机会大家一起合作，各种资源的合作都是可以的。