鉅大LARGE | 點擊量：1213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。
動力鋰離子電池安全一直在這個行業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，這是非常有挑戰性的。
科學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生在正負極短路迅速出現高溫，進而引發一系列化學反應，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中。現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，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的芳綸，就是以芳綸為基材做的隔膜。我們看到這些數據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，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，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電池出現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%，耐溫性是相當不錯的。左邊這張圖顯示穿刺的時候可能發生什么，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不完全相同。我這里展示的是技術上的一小步，但是有關未來高能量密度電池在汽車上的應用是很重要的環節。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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，但是電池沒有出現任何失控。150度溫度下負級、正級材料已經分解了，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果。
小結一下今天的內容，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內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走的更遠，謝謝大家！
（根據現場發言整理，未經本人審閱）
