提升鋰電池性能的新型材料有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-07-11 16:51
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BA-306C水性鋰電池粘合劑
藍(lán)海黑石參與競選“年度創(chuàng)新技術(shù)、產(chǎn)品”的是BA-306C水性鋰離子電池粘合劑。
該產(chǎn)品通過對分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使粘合劑分子保持較高的柔韌性，從而改善水性粘合劑在應(yīng)用過程由于烘烤溫度偏高導(dǎo)致的極片卷邊以及開裂等現(xiàn)象，提高了打漿及涂布效率;同時通過特殊功能單元的引入，使粘合劑分子對NCM等三元材料的分散性大大提高，解決了三元材料在水性粘合劑中常出現(xiàn)的起皮現(xiàn)象。
值得一提的是，該產(chǎn)品不僅解決了業(yè)內(nèi)困擾已久的水性粘合劑在三元材料中應(yīng)用效果差的難題，同時BA-306C在電池中應(yīng)用性能表現(xiàn)優(yōu)異，在低溫以及倍率性方面表現(xiàn)出優(yōu)于油性粘合劑的電化學(xué)性能。
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三層陶瓷涂覆隔離膜
目前國內(nèi)隔膜生產(chǎn)方法主要有干法、濕法兩種，有干法單層PP、濕法PE、單法雙拉PP、陶瓷涂布膜等生產(chǎn)產(chǎn)品。為提高安全性，動力電池隔膜主要是往高透氣、強(qiáng)耐熱、高安全性方向發(fā)展，涂布和多層復(fù)合技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用。
明基材料參與本屆金球獎評選的產(chǎn)品是動力電池用三層熱斷路型陶瓷涂覆隔離膜。在涂覆隔膜上，明基材料解決了業(yè)界采用陶瓷隔膜發(fā)生的水分問題，目前水分含量、三層隔膜常規(guī)品內(nèi)阻在已知的產(chǎn)品中已達(dá)業(yè)界領(lǐng)先水平，是國內(nèi)唯一供貨商。該產(chǎn)品已通過國內(nèi)動力電池大廠驗證測試，同時還在日產(chǎn)汽車、松下等日本電池廠進(jìn)行持續(xù)驗證。
值得一提的是，該產(chǎn)品在生產(chǎn)工藝上，通過自主研發(fā)的技術(shù)，降低了生產(chǎn)成本，并能夠為電池提供更好的安全性能。明基材料透露，該款隔膜已到達(dá)量產(chǎn)階段。
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多層復(fù)合功能隔膜
上海頂皓參與本屆金球獎評選的產(chǎn)品是鋰離子電池用多層復(fù)合功能隔膜。其核心技術(shù)是將耐熱性、粘結(jié)層和閉孔層多層涂層漿料分別通過合適的方式涂覆在多微孔結(jié)構(gòu)的基膜上，該技術(shù)解決了當(dāng)前動力電池在大功率充放電過程中出現(xiàn)的安全性問題。
與市場上普遍使用的聚烯烴類多孔膜相比，該復(fù)合功能隔膜采用耐熱性能更好的PET，PIB等聚合物多孔膜作為基材，其耐熱性提升，在200℃高溫下加熱1h以內(nèi)，熱收縮率小于1%， 且由于閉孔層的引入，使得電池隔膜在不正常充放電的過程中，溫度升高超過110℃，有機(jī)高分子微球通過膨脹實現(xiàn)隔膜孔隙率的降低，切斷了鋰離子的傳輸通道，提高了電池的安全性。
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石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料
青島昊鑫參與本屆金球獎評選的產(chǎn)品是石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料。本產(chǎn)品采用自家生產(chǎn)的石墨烯和碳納米管，可批量生產(chǎn)少層(2-6層)石墨烯，石墨烯可控比表面積200-800m2/g，且氧含量≤4%，成本低，導(dǎo)電性高;獨(dú)有的碳納米管工業(yè)提純工藝，提純的碳納米管金屬含量<100ppm，新研發(fā)的少壁碳納米管直徑4-6nm，長度50-100um，粉末電阻≤60，特別適合鋰電池正極材料。
據(jù)了解，在高性能導(dǎo)電劑的材料選擇中，碳納米管是管道式的線接觸，形成3D的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，離子通過率高，而石墨烯是面式接觸，導(dǎo)電性較碳納米管更好，通過將這兩種材料進(jìn)行復(fù)合，提高了漿料的導(dǎo)電性，減少原料的用量，降低了成本。
值得一提的是，青島昊鑫石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料產(chǎn)品中金屬雜質(zhì)殘余總量低于30ppm，避免了金屬雜質(zhì)帶來的安全隱患;粘度在1000-2000mPa*s之間，使得產(chǎn)品能完全適用于密封式管道，實現(xiàn)高效自動投料，減小了環(huán)境水分、溫度對電池性能的影響;細(xì)度小，石墨烯在溶劑中不易發(fā)生沉降，能夠長時間儲存，穩(wěn)定性好;具有高導(dǎo)電性、易分散的特性，在鋰離子電池導(dǎo)電劑方面優(yōu)勢明顯。
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LZ302Z發(fā)泡硅膠/有機(jī)硅封裝一體化方案
凌志新材報名參與本屆金球獎的分別是“有機(jī)硅封裝一體化解決方案”年度創(chuàng)新技術(shù)和“LZ302Z發(fā)泡硅膠”年度創(chuàng)新產(chǎn)品。
據(jù)了解，在鋰電池防水密封方面，凌志新材的發(fā)泡硅膠(LZ302Z)具有卓越的耐永久壓縮形變和抗蠕變性能，同時其阻燃性能(到達(dá)94V0等級)、絕緣性能和耐溫性能突出，并具有無毒環(huán)保等特性。
該產(chǎn)品主要針對PACK的密封、防水、防塵、阻燃、輕量化、長壽命等技術(shù)難題，解決了業(yè)內(nèi)提出的“密封達(dá)到IP67等級，以及8年10萬公里”的要求。同時該產(chǎn)品還填補(bǔ)了國內(nèi)高端產(chǎn)品長期依賴進(jìn)口的局面，同時極大降低成本，具有很高的性價比，完全可以替代其他材料，解決性能上和壽命上的短板。
在鋰電池阻燃防爆方面，凌志新材的有機(jī)硅灌封膠具有V-0級的阻燃性能，同時具有密度低，密封性和突破性好等特性。當(dāng)個別電池單元發(fā)生漏液、爆炸、起火時，可以迅速阻斷火焰?zhèn)鞑?，防止破壞波及電池組內(nèi)的其他電池單元，為鋰電池的安全運(yùn)行提供保障。
在鋰電池溫度控制方面，凌志新材的有機(jī)硅灌封膠以及具有超高導(dǎo)熱率的導(dǎo)熱墊片能夠有效耗散電池組及電芯產(chǎn)生的熱量，同時使得電池組內(nèi)溫場保持均衡。此外，該灌封膠所具有的高熱容性能還可以在電池組形成一個圍繞電池芯的熱屏蔽，這樣，即使環(huán)境溫度非常極端，電池仍然可以高效運(yùn)行。
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4926動力汽車電源安全灌封膠
在本屆高工金球獎的“年度創(chuàng)新產(chǎn)品”獎項中，硅寶科技參選的產(chǎn)品是硅寶4926動力汽車電源安全灌封膠。該產(chǎn)品主要針對圓柱18650電池研發(fā)，主要解決電池組合成PACK后的散熱、阻燃、輕量化、防水、抗震以及單顆電池爆炸后不引起整包電池爆炸燃燒等技術(shù)難題，同時也解決軟包和方形電池散熱、防水、抗震和出現(xiàn)燃燒時延緩燃燒時間增加逃生時間的問題。
據(jù)了解，硅寶科技的該款產(chǎn)品能夠有效地提升PACK的散熱、安全等性能，配套公司自己研發(fā)的超大注膠量雙液灌膠機(jī)施工方便、快捷。較PACK之前使用的導(dǎo)熱墊片、風(fēng)扇、冷卻液循環(huán)系統(tǒng)等散熱方案，這款產(chǎn)品不僅解決了散熱效果，還解決了安全、阻燃、抗震、防水等性能，并且成本下降一半以上，性價比很高。
值得一提的是，該產(chǎn)品采用特殊催化體系達(dá)到產(chǎn)品固化要求，與PACK制造過程中焊接材料、電芯材料、金屬材料等兼容，不引起化學(xué)反應(yīng)和腐蝕。
硅寶科技表示，研發(fā)該款參選產(chǎn)品有三個技術(shù)難點：一是同一密度低、導(dǎo)熱高、阻燃等級高三個技術(shù)融合問題;二是同一產(chǎn)品抗震性好，但是應(yīng)力超低的相反技術(shù)特點;三是同一產(chǎn)品既要導(dǎo)熱又要隔熱的相反技術(shù)特點。
而依賴于一支強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊，硅寶科技齊心協(xié)力解決了上述難題，并取得導(dǎo)熱達(dá)0.8W/m.k以上(電芯間溫場均勻度小于5°C，最高溫度較風(fēng)冷降低5-8°C)，阻燃達(dá)F0級，密度小于1.25，產(chǎn)品同時具備抗震性、超低應(yīng)力、導(dǎo)熱隔熱性能的成果。
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高容量硅基鋰電池負(fù)極材料
為提升鋰電池能量密度，企業(yè)正在積極研發(fā)新型負(fù)極材料。相比較而言，硅具有高達(dá)4200mAh/g 的理論容量，最有希望取代石墨碳材料。但需注意的是，硅作為負(fù)極材料使用時，伴隨著巨大的體積變化，導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的崩塌和電極材料的剝落而使電極材料失去電接觸，從而造成電極的循環(huán)性能急劇下降，因此在鋰離子蓄電池中很難實際應(yīng)用。目前改善硅負(fù)極性能的研究趨勢就是制備硅與其它材料的復(fù)合材料或合金。
而斯諾在硅負(fù)極材料上取得了較大突破，攜“高容量硅基鋰電池負(fù)極材料”參與角逐本屆金球獎“年度創(chuàng)新技術(shù)、產(chǎn)品”獎項。據(jù)了解，本產(chǎn)品是公司與國內(nèi)高校共同研發(fā)，利用各自的優(yōu)勢，采用具有多孔結(jié)構(gòu)的硅粉，并結(jié)合碳材料的穩(wěn)定性而制備的高容量硅基鋰電池負(fù)極材料，具有高容量、長循環(huán)的特點，首次庫倫效率可達(dá)95%，500周循環(huán)材料克容量保持率為1000mAh/g以上。
高容量硅基鋰電池負(fù)極材料較石墨負(fù)極材料具有容量高的優(yōu)勢，且在技術(shù)上解決了硅在充電過程中的膨脹效應(yīng)，安全性能得到較大提升；有別于傳統(tǒng)制備技術(shù)中硅和石墨簡單混合或復(fù)合工藝，該產(chǎn)品制備的多孔硅-碳復(fù)合負(fù)極材料，循環(huán)性能也明顯改善?？傊?，本產(chǎn)品材料生產(chǎn)工藝獨(dú)特，科用于對容量有較高要求的鋰電池應(yīng)用領(lǐng)域，具有較強(qiáng)的市場競爭力。
