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微宏仝志明:超耐溫芳綸隔膜如何解決高能量密度電池安全問題

發(fā)布時間:2017年11月13日 16:12 作者:林茂 來源:客車網(wǎng)

  2017年11月11日,全球未來出行高層論壇在杭州國際博覽中心召開,論壇主題是“智能網(wǎng)聯(lián)時代的汽車與出行變革”。除主題論壇外,還有八場主題峰會,包括:全球新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略、智能交通與未來出行新生態(tài)、未來出行產(chǎn)業(yè)投融資峰會、智能汽車政策與戰(zhàn)略、自動駕駛的技術與未來、新能源汽車技術變革與產(chǎn)業(yè)鏈重塑、百人會硅谷論壇、未來出行時代的品牌塑造等。120多位嘉賓和3800名聽眾將共同探討新能源汽車與智能汽車相關產(chǎn)業(yè)的政策法規(guī)標準、產(chǎn)業(yè)變革趨勢、新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的技術創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新、未來出行產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑等。客車網(wǎng)作為主辦方中國電動汽車百人會長期合作媒體,為用戶帶來論壇前方的全方位報道。

  微宏動力系統(tǒng)(湖州)有限公司事業(yè)部總經(jīng)理仝志明在主題峰會上發(fā)表題為“超耐溫芳綸隔膜如何解決高能量密度電池的安全問題”的主題演講,內(nèi)容實錄如下:

  謝謝主辦方的邀請,很高興來到這里,今天借機會介紹一個微觀的話題,是一個關于技術方面的和電池安全相關的,是超耐溫的芳綸隔膜如何解決高能量密度電池的安全問題。

  動力電池安全一直在這個行業(yè)中受到非常高的關注。前面幾位嘉賓都講到,隨著未來的方向大家希望汽車跑的越來越遠,意味著電池的能量密度要越做越高,國家科技部提出了一系列目標,比如說250Wh/kg,或者是300-350Wh/kg。隨著電池能量密度的提高,目前所用鋰離子電池的材料體系穩(wěn)定性變的越來越差,安全就會變的越來越嚴峻。因為在汽車工業(yè)上安全問題是一個頭等大事,汽車涉及到一個召回的問題,我們在這方面投入了很多的精力,希望可以解決高能量密度電池的安全性問題。

  來自歐洲大的某汽車公司,向電池供應商提出了一系列要求,比如說電池性能、電池安全性指標有很多非常詳細的要求,這里列出了三項,大家覺得過去很困難:第一,針刺,有一個具體的參數(shù)指標,這個指標能夠讓密度到250Wh/kg;第二,熱箱,要在80度下老化16小時,升到120度放七個小時,再升到150度2個小時;第三,過充,有一系列要求。這些要求給研發(fā)人員帶來非常大的困擾,大家琢磨了很多方法,既要滿足電池的性能,同時又要滿足安全性的指標,這是非常有挑戰(zhàn)性的。

  科學家們研究了很多為什么的問題,比如說研究加熱箱的時候研究了很多,但是解決這些問題確實很困難。實際上有一個大家都想到的方式就是所有的失控很多時候發(fā)生在正負極短路迅速產(chǎn)生高溫,進而引發(fā)一系列化學反應,顯而易見的解決方案就是把隔膜做的很耐溫。隔膜在四大材料中市場顯示毛利率是最高的,大概50%,最近有很多投資人,包括很多企業(yè)都在積極地擴展,或者投資到這個行業(yè)中?,F(xiàn)在隔膜最常見的干法、濕法都是以聚乙烯材料為基礎的,除了這些還有耐高溫的隔膜在各個公司、實驗室中開發(fā),我列出其中幾項:第一,在聚乙烯隔膜上涂陶瓷;第二,日本也有這樣的產(chǎn)品,在聚乙烯涂一個耐溫材料,比如說芳綸;第三,一些耐溫比較好的其他材料涂陶瓷;第四,就是微宏花了很多年的心血開發(fā)的芳綸,就是以芳綸為基材做的隔膜。我們看到這些數(shù)據(jù)可以反過來想到剛才提到的針刺、熱箱、過充測試的時候隔膜能夠起到什么作用。如果隔膜150度伸縮10%,假如150度兩小時,隔膜收縮會使原來作為絕緣屏障隔膜尺寸縮小到基片之內(nèi),導致正負極基片接觸,這樣高能量密度電池安全測試很難通過,如果隔膜耐溫越高,無論針刺還是熱箱、過充測試上安全性表現(xiàn)應該會好一些。這些耐高溫的隔膜各有各的有點,也各有各的缺點,我想今天時間有限不展開討論這些話題,舉一個小的例子,比如說很多耐高溫的材料,做隔膜的時候用靜電紡絲工藝,在電池上的應用有一些其他問題,比如說自放電比較大或者必須做到厚一點。調(diào)研這么多的材料以后綜合評估下來,我們認為芳綸材料在無機固態(tài)電池出現(xiàn)之前是解決鋰離子電池安全性最好的選擇。

  (PPT)這個顯示了加熱的時候,芳綸隔膜250度的時候收縮1%,300度的時候收縮不超過2%,耐溫性是相當不錯的。左邊這張圖顯示穿刺的時候可能發(fā)生什么,科學家做了非常多的詳細研究,比如說穿刺的時候由于局部短路,金屬針表面發(fā)生什么,做了很多研究,這個過程不是完全可控的過程,因為針扎下去一瞬間每一次表現(xiàn)不完全一樣。我這里展示的是技術上的一小步,但是對于未來高能量密度電池在汽車上的應用是很重要的環(huán)節(jié)。

  (PPT圖示)這條曲線是芳綸隔膜的電芯,電信容量52安時,正級用的是811,做的150度的熱箱測試。藍色這條線是熱箱溫度,80度,十幾個小時,升到120、150度,藍色是電池電壓監(jiān)測情況,可以看到電池在這個過程當中電壓下降,電量在損失,但是電池沒有出現(xiàn)任何失控。150度溫度下負級、正級材料已經(jīng)分解了,但是進行到這個階段隔膜仍然堅持在崗位上,所以電池沒有出現(xiàn)失控。這些測試都是重復進行了若干次,在安全問題上我終于看到了一個令人高興的良好結(jié)果。

  小結(jié)一下今天的內(nèi)容,這個芳綸材料在隔膜上的耐溫性非常好,但是制膜的過程,用的是類似于濕法,250度下收縮小于1%,我們使用811正級材料的情況下,熱箱和針刺測試可以重復性通過,非常好。

  微宏過去一直是在業(yè)內(nèi)做快充電池而出名的,我們在快充這個領域市場上有最好的聲望,也有最豐富的實踐。微宏現(xiàn)在有18000輛車,累計運行17億公里,分布在6個國家,150多個城市零安全事故。在未來乘用車的方向上,大家都知道高容量密度是發(fā)展的趨勢,但是要先解決安全問題,這也是我們不斷努力的方向,我們看到了芳綸隔膜在解決這個技術上的路線,包括這個技術能夠幫助行業(yè)走的更遠,謝謝大家!

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