財經 北京新浪網 蘇州鋰盾夏文進:軟包動力電池鋁塑膜封裝技術與長期可靠性研究

蘇州鋰盾夏文進:軟包動力電池鋁塑膜封裝技術與長期可靠性研究

原標題:蘇州鋰盾夏文進:軟包動力電池鋁塑膜封裝技術與長期可靠性研究

2020年10月16日-17日,「第五屆動力電池應用國際峰會(CBIS2020)暨首屆中國新能源新材料(寧德)峰會」盛大開幕,在主題論壇3上,蘇州鋰盾儲能材料技術有限公司 董事長夏文進發表了關於「軟包動力電池鋁塑膜封裝技術與長期可靠性研究」的精彩演講。

以下為採訪實錄:

非常榮幸能夠在這個平台上向大家彙報鋰盾材料領域在電池鋁塑膜領域所做的工作,感謝行業專家給我們非常多的關心和指導。今天我帶來的題目是基於「軟包動力電池封裝技術與長期可靠性研究」,我想把我們的想法跟各位做一個彙報,希望得到各位專家的批評指正。

首先,彙報一下鋰盾是個什麼樣的公司。我們現在有兩家製造基地,一個在蘇州叫做蘇州鋰盾,目前也是國家高新技術企業。去年年底我們在浙江湖州新建了一個新的生產基地,叫做浙江鋰盾,今年10月份也馬上一期也會投產。我們鋁塑膜的做法也是創新新的技術路線,採用微波化學的技術來做膜材料的界面。我們知道做鋁塑膜的企業來講,其實核心技術並不是在膜本身,我們尼龍、PET等等都是上游層來做。我們把它做成一個復合軟包電池的鋁塑膜,其實重點是怎麼把這幾層材料做到一起變成一體化的材料,不分層。所以基於這個,鋰盾有自己的一些獨特的專利技術是基於微波化學的方法來做的。

同時,我們在這幾年,2015年6月份成立以來,在技術領域做得比較多的一些工作,包括跟東南大學做了江蘇省研發計劃的項目,跟中南大學專門專題研究了鋁塑膜專用的合金鋁膜的研究,後面也會做一個彙報。同時跟中科院上海物理學就微波和軟紅外這樣一些工藝裝備的技術也做了非常深的優化,跟沈院士做了非常深的合作。同時,跟江蘇省工信廳做新能源汽車鋁塑膜卡脖子工程的任務項目,目前也是全國唯一承擔新能源汽車鋁塑膜關鍵項目。跟這些專家共同合作之下,形成產品定位和公司定位,把產品定位成一個要替代當前的日本進口這樣一個趨勢。同時,要把軟包電池在我們動力電池領域的佔比做上去,軟包跟方形相比,其實差的就是外面這層膜。方形是硬殼,軟包是軟殼,如何讓軟殼有非常強的保護能力,也是鋰盾這個品牌的由來,要做鋰電池的盾牌。

基於此,我們分解出來兩個核心要素,實際上是鋁塑膜的關鍵。第一衝深性能,如果做到極致,讓軟包電池的容量和方形可以PK,差別在於軟包這個膜能否承載這麼深的電芯。把它沖深又可以做好,又可以安全,如何去做,這是這幾年做得工作。我們從去年的10毫米可以做到14毫米,接下來的目標在明年6月份會實現量產,可以做到1.8公分到2公分,實現軟包電池4公分的要求。我們把平台載體做好,怎麼把它做成高容量電池,相信下游的客戶也會有很多的辦法。第二代目標,把長期的壽命做上去。過去看到不管是各個企業的標準,還是過去建的團體標準,我們的耐電解液性能,方法比較單一,要麼是純耐電解液,要麼是溫度。把溫度和濕度、高溫和低溫結合起來也非常少,我們在這裏面有自己的一些研發的評估方法,把2000小時當做我們的一個目標。

研發的產品線基於剛剛介紹的,既然我們做得是一個材料的界面,特別是有機和無機材料的界面,用特殊的方法來做。其實我們講軟包電池也好,固態電池,包括燃料電池、氫能源電池,其實裏面很多都是膜材料,就是有機和無機結合的膜材料。我們在這個界面有非常特殊的技術,所以我們把我們的研發產品推向更多的界面處理,比如今天做軟包電池鋁塑膜,接下來做方形圓柱防爆功能,這些產品的樣品已經出來,還有等等這些都在研發當中,在界面會依託這樣的技術平台,突破新能源電池領域軟包材料的界面,來發揮應用的優勢,做出一些特色的產品。

今天,我彙報的點主要還是在鋁塑膜這個軟包電池領域,包括消費電子鋁塑膜和動力電池鋁塑膜,不管是消費領域還是動力領域,我們方法都是一樣,都要達到剛才講到的兩個目標。

我們看看今天不管是國內、國外,大家做鋁塑膜的方法其實不外乎干法、熱法,前面聽到的同行講的乾熱法其實都還在傳統方法裏面做了一些革新,實際上通過膠膜進行復合。這裏面帶來有很多的工序要去做,從日本人的方向裏面,做鋁箔的處理,鋁箔做出來有油,有油了膠粘不住,要通過一些處理才能夠實現。第二個問題,這個粘接的過程,我們講非極性非粘接,不管用膠水還是膠膜要具備極性,鋰電池破壞環境是一個極性破壞環境。這個帶來一個矛盾,我們化學叫做相似相容原理,如何讓它長壽命不被破壞,我們的方法是如何把這個界面的極性降低,變成弱極性或者非極性。就像宏觀看到的這樣,今天貼對聯用膠水去粘,還有用膠膜去粘,還有第三種用釘子釘,家裡有一幅畫或者結婚照,希望放50年、100年,用釘子釘,這是無機的方法。微波是非常好的無機的工具,只要鋁塑膜不封層、不漏液,保證鋁塑膜壽命的目的就做到了。這是鋰盾一直在技術上所做的工作,如何消滅、降低界面的極性是有一套工藝方法。

從膠水粘和釘子釘,它的界面分子作用力非常小。如何形成共價鍵,分子鍵作用就會很大,可能從100、200就會到400、500,那算是非常大。這樣在通常的條件下,就不會破壞,這實際上涉及到化學的活化能的概念。首先,解決界面處理的問題,如何用我們的錨釘處理有機的膜界面和無機的鋁界面,選用等離子的方法,除油的同時,把錨釘打到各層界面裏面,可以達到20納米左右,這樣形成一個錨釘層。同時,採用微波把這個錨釘固定住,一層一層做上去,看似是一個非常笨的方法,但是節約大量的材料,等離子的方法其實很薄,錨釘只有0.03到3公分。抽得越深,黏結率越大,共價鍵起的作用越大。右邊這張照片看到傳統的方法,在極性電解液條件下都是透明的,這樣形成對鋁的腐蝕,用錨釘的方法,這個都很難形成一個保護。

做了分子堆砌圖,核心技術兩個,實際上裏面每一個都是3到5個關聯度,如何去實現,這也是掌握的一個核心技術。同時,有一個微波的工藝方法。今天我們的微波,通常看到的是微波爐,工業裏面利用微波做膜的非常少,我覺得在鋰電行業做膜裏面我肯定是第一家,而且會有相當長的時間,這個裡面是個獨行項,希望大家多多利用微波化學技術,而不要只使用傳統的熱化學技術,這個效率比較低,微波穿透率很好。而且在鋰電領域有好的應用,像鋁箔、銅箔是微波天然反射材料,照射到這個界面,會100%反射,這樣界面更加牢固,不是純靠溫度來做的。關鍵這裏面形成什麼東西,我們也在做宣傳,形成了一個非常特殊的結構,包括這些方式也有非常多的研究。

這裏做了一個分析,用微波保護法做了這個界面,跟右邊傳統做法做得發現界面已經形成變化,已經形成錨釘。直觀的就會有區別,這是評估的方式。微觀有什麼區別,我們把這個產品最薄弱的環節,不是用先天的方法去測,這裏誤差很大,測到這個點蠻難的,每一次測試重複性也很差。我們用這個驗證技術方式就很可行,我們看這個薄弱環節有沒有分層,有沒有折裂的現象,這也是今天這個方式做得一個優勢。鋁箔要做到10毫米,還能有很大的保持率,這是非常難。一定是3層材料、5層材料,一體化程度非常高,而且沖深的過程中,力學一致性高,沖深才會好,否則很難,這也是這個技術帶來的一個優勢。

對比日本人的產品的時候,他們可能從8毫米、8.5毫米,我們很明顯就可以看到這個地方有了分層和斷層的現象。去測它,保持率還是好的,也沒有破、漏,其實缺點已經出現,所以我想用更先進的方法體現工藝先進技術帶來的變革。在應用測試裏面也有我們自己的方法,這裏面創新了把單因素做成多因素的方法,放在高低溫濕度裏面去做長時間測試評估,來看玻璃強度,看外觀腐蝕有沒有變化,這裏面取得非常好的進展。後面有一些數據的表現,這是跟競爭對手做得比較,發現我們的產品從客戶端送樣過來的樣品來看,耐濕熱性能相比,做的工作還是非常少,特別國內的產品在濕熱這上面幾乎都很難達到一個長期的過程,所以這也是需要整個行業共同努力。我們率先在之前做了這個工作,在這方面還是會有一定的優勢。

這是我們做測試的一些設備,動力電池領域裏面也是同樣的方法,我們用極限沖坑之後再來測極限沖坑方式的耐電解液的性能,而不是通常用單箔的方法去做。沖坑對膜的界面發生很大的破壞,可能延伸了3倍、5倍,延伸完這個界面還好嗎,我們不知道。所以我們基於極限滲坑方式下,做耐電解液性能的測試。

這跟日本公司做了一些對比,我們發現在這個上面用這些方法去評估的時候,可能會佔一些小小的優勢。但是這個東西能不能長期的去應用,還需要來自下游廠家更多的一些配合和支持,我們共同把這個項目做好。這是我們在電解液上面做了一些,包括擊穿電壓等等測試,我們現在主力推薦的產品都是plus產品,外層耐腐蝕,其實不僅僅是耐腐蝕這麼一個簡單的性能提升,還有很多其他方面。比如做成動力電池這個絕緣測試的時候,測變電壓,今天很多電池貼聚酰胺的膠膜,防止變電壓過高的問題,用plus這個產品完全可以消除這個問題。其實今天很多動力電池標準已經小於0.3、0.2、0.1的都有,其實用plus產品可以很好達到小於0.15的標準,這樣可以減少鋰電池過程當中的一些工序,就是邊緣貼絕緣膜的工序,防止電解液漏液等等對電芯外觀造成的影響。同時,絕緣性提升的同時,在耐溫性和耐高溫和高濕方面也有很大的區別。這是用這個產品做長期高溫高濕4個月做電芯,拆解看角位的變化,其實看出來確實有非常明顯的一些區別。因為短時間看不出來,有很長的時間至少證明這個技術路線裏面還是有非常大的優勢。

這是鋰化的研發中心,這是蘇州的工廠,目前有兩條生產線。這是新建在浙江湖州的工廠,廠房5萬多平方,希望在這裏建成全國乃至全世界的最大的動力電池的鋁塑膜的製造基地,規劃做1億平米的產業,也分三期做建設,一期四條線已經投進去,4月份會有兩條線投產,希望能夠得到下游更多客戶的支持、幫助,共同把鋁塑膜的國產化工作快速推進上去。

基於這樣的技術,我做一個總結,有四大方面的優勢:第一個,創造界面非極性,讓壽命理論上得到極大的提升,理論上解決了長期壽命的難題。第二個,用這樣一個錨釘的處理工藝方法,用一條生產線解決了日本人用三條、四條生產線做產品的工藝。一條生產線管理再差,90%到92%的產品生產是很容易。4條生產線去做,做得做好,4個95乘起來只有81%。所以在材料利用率上,包括安全可靠性上,也會有非常大的提升,這在未來會有非常大的優勢。第三個,因為TD/MD雙向力學一致性高,深沖優勢明顯,包括沖深方法也有自己的研究,幫助客戶沖深一次性帶來非常大的提升。第四個,用微波的方法帶來界面更加牢固,更加安全。

最後,我想給大家彙報國產鋁塑膜技術的崛起,核心點要達到「三高一低」,耐高溫、高阻燃、高絕緣,最後實現成本的降低。高深沖是軟包電池成本降低的、安全提升的唯一通道,所以我們專門致力於在高深沖領域,從膜應用給客戶做全方面技術研究。「中國芯」不是簡單的材料與產地的替代,更多是技術、產業鏈升級的革命,需要膜材料的上游企業,我們做膜的,還有下游電芯,包括應用的企業要全面的認識到軟包電池巨大魅力和未來巨大的空間,技術提升的方向非常多。

最後一句廣告詞,要放心,用錨釘,謝謝大家!

(注:本文根據現場速記整理,未經演講嘉賓審閱,僅作為參考資料,請勿轉載!)