鉅大LARGE | 點擊量：1217次 | 2021年12月06日
仝志明：超耐溫芳綸隔膜如何解決高能量密度電池的安全問題
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，是一個有關(guān)技術(shù)方面的和電池安全相關(guān)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。
動力鋰離子電池安全一直在這個行業(yè)中受到非常高的關(guān)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(yuǎn)，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(biāo)，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(yán)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(yīng)商提出了一系列要求，比如說電池性能、電池安全性指標(biāo)有很多非常詳細(xì)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(biāo)，這個指標(biāo)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(biāo)，這是非常有挑戰(zhàn)性的。
科學(xué)家們研究了很多為何的問題，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(fù)極短路迅速出現(xiàn)高溫，進而引發(fā)一系列化學(xué)反應(yīng)，顯而易見的解決方法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，包括很多公司都在積極地擴展，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(chǔ)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用途。假如隔膜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(dǎo)致正負(fù)極基片接觸，這樣高能量密度電池安全測試很難通過，假如隔膜耐溫越高，無論針刺還是熱箱、過充測試上安全性表現(xiàn)應(yīng)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(yīng)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(rèn)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圖示）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(dāng)不錯的。左邊這張圖顯示穿刺的時候可能發(fā)生什么，科學(xué)家做了非常多的詳細(xì)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)不完全相同。我這里展示的是技術(shù)上的一小步，但是有關(guān)未來高能量密度電池在汽車上的應(yīng)用是很重要的環(huán)節(jié)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
（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(lán)色這條線是熱箱溫度，80度，十幾個小時，升到120、150度，藍(lán)色是電池電壓監(jiān)測情況，可以看到電池在這個過程當(dāng)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(fù)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(fù)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(fù)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(lǐng)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，大家都了解高容量密度是發(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(shù)上的路線，包括這個技術(shù)能夠幫助行業(yè)走的更遠(yuǎn)，謝謝大家！
（根據(jù)現(xiàn)場發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
