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微宏动力仝志明:超耐温芳纶隔膜如何解决高能量密度电池的安全问题

国际新能源网  来源:能见 App  日期:2017-11-13
  2017年11月10-12日,由中国电动汽车百人会、中国信息化百人会主办的“全球未来出行高层论坛暨国际展览会”(简称GFM2017)在杭州举行。微宏动力系统(湖州)有限公司事业部总经理仝志明就“新能源汽车技术变革与产业链重塑”主题发表演讲。
 
 
  仝志明表示,随着电池能量密度的提高,目前所用锂离子电池的材料体系稳定性变的越来越差,安全就会变的越来越严峻。芳纶材料在隔膜上的耐温性非常好,制膜的过程,用的是类似于湿法,250度下收缩小于1%,使用811正级材料的情况下,热箱和针刺测试可以重复性通过。
 
  以下为发言实录:
 
  谢谢主办方的邀请,很高兴来到这里,今天借机会介绍一个微观的话题,是一个关于技术方面的和电池安全相关的,是超耐温的芳纶隔膜如何解决高能量密度电池的安全问题。
 
  动力电池安全一直在这个行业中受到非常高的关注。前面几位嘉宾都讲到,随着未来的方向大家希望汽车跑的越来越远,意味着电池的能量密度要越做越高,国家科技部提出了一系列目标,比如说250Wh/kg,或者是300-350Wh/kg。随着电池能量密度的提高,目前所用锂离子电池的材料体系稳定性变的越来越差,安全就会变的越来越严峻。因为在汽车工业上安全问题是一个头等大事,汽车涉及到一个召回的问题,我们在这方面投入了很多的精力,希望可以解决高能量密度电池的安全性问题。
 
  来自欧洲大的某汽车公司,向电池供应商提出了一系列要求,比如说电池性能、电池安全性指标有很多非常详细的要求,这里列出了三项,大家觉得过去很困难:第一,针刺,有一个具体的参数指标,这个指标能够让密度到250Wh/kg;第二,热箱,要在80度下老化16小时,升到120度放七个小时,再升到150度2个小时;第三,过充,有一系列要求。这些要求给研发人员带来非常大的困扰,大家琢磨了很多方法,既要满足电池的性能,同时又要满足安全性的指标,这是非常有挑战性的。
 
  科学家们研究了很多为什么的问题,比如说研究加热箱的时候研究了很多,但是解决这些问题确实很困难。实际上有一个大家都想到的方式就是所有的失控很多时候发生在正负极短路迅速产生高温,进而引发一系列化学反应,显而易见的解决方案就是把隔膜做的很耐温。隔膜在四大材料中市场显示毛利率是最高的,大概50%,最近有很多投资人,包括很多企业都在积极地扩展,或者投资到这个行业中。现在隔膜最常见的干法、湿法都是以聚乙烯材料为基础的,除了这些还有耐高温的隔膜在各个公司、实验室中开发,我列出其中几项:第一,在聚乙烯隔膜上涂陶瓷;第二,日本也有这样的产品,在聚乙烯涂一个耐温材料,比如说芳纶;第三,一些耐温比较好的其他材料涂陶瓷;第四,就是微宏花了很多年的心血开发的芳纶,就是以芳纶为基材做的隔膜。我们看到这些数据可以反过来想到刚才提到的针刺、热箱、过充测试的时候隔膜能够起到什么作用。如果隔膜150度伸缩10%,假如150度两小时,隔膜收缩会使原来作为绝缘屏障隔膜尺寸缩小到基片之内,导致正负极基片接触,这样高能量密度电池安全测试很难通过,如果隔膜耐温越高,无论针刺还是热箱、过充测试上安全性表现应该会好一些。这些耐高温的隔膜各有各的有点,也各有各的缺点,我想今天时间有限不展开讨论这些话题,举一个小的例子,比如说很多耐高温的材料,做隔膜的时候用静电纺丝工艺,在电池上的应用有一些其他问题,比如说自放电比较大或者必须做到厚一点。调研这么多的材料以后综合评估下来,我们认为芳纶材料在无机固态电池出现之前是解决锂离子电池安全性最好的选择。
 
  (PPT图示)这个显示了加热的时候,芳纶隔膜250度的时候收缩1%,300度的时候收缩不超过2%,耐温性是相当不错的。左边这张图显示穿刺的时候可能发生什么,科学家做了非常多的详细研究,比如说穿刺的时候由于局部短路,金属针表面发生什么,做了很多研究,这个过程不是完全可控的过程,因为针扎下去一瞬间每一次表现不完全一样。我这里展示的是技术上的一小步,但是对于未来高能量密度电池在汽车上的应用是很重要的环节。
 
  (PPT图示)这条曲线是芳纶隔膜的电芯,电信容量52安时,正级用的是811,做的150度的热箱测试。蓝色这条线是热箱温度,80度,十几个小时,升到120、150度,蓝色是电池电压监测情况,可以看到电池在这个过程当中电压下降,电量在损失,但是电池没有出现任何失控。150度温度下负级、正级材料已经分解了,但是进行到这个阶段隔膜仍然坚持在岗位上,所以电池没有出现失控。这些测试都是重复进行了若干次,在安全问题上我终于看到了一个令人高兴的良好结果。
 
  小结一下今天的内容,这个芳纶材料在隔膜上的耐温性非常好,但是制膜的过程,用的是类似于湿法,250度下收缩小于1%,我们使用811正级材料的情况下,热箱和针刺测试可以重复性通过,非常好。
 
  微宏过去一直是在业内做快充电池而出名的,我们在快充这个领域市场上有最好的声望,也有最丰富的实践。微宏现在有18000辆车,累计运行17亿公里,分布在6个国家,150多个城市零安全事故。在未来乘用车的方向上,大家都知道高容量密度是发展的趋势,但是要先解决安全问题,这也是我们不断努力的方向,我们看到了芳纶隔膜在解决这个技术上的路线,包括这个技术能够帮助行业走的更远,谢谢大家!
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