全产业链领袖齐聚高工年会 材料企业“掏底”助力能量密度提升

来源:高工锂电网   发布时间:2018-01-10 09:32      设置字体:
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摘要:动力电池企业正联合上游材料企业,一起共同大力投入研发,希冀通过改进正负极材料、隔膜、电解液等原材料体系等,尽可能快地提升电芯及电池系统能量密度。
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在政策指引及下游市场强烈需求驱动下,动力电池能量密度提升需求十分迫切,而提升材料性能被视为提高电芯能量密度最根本途径。为此,动力电池企业正联合上游材料企业,一起共同大力投入研发,希冀通过改进正负极材料隔膜电解液等原材料体系等,尽可能快地提升电芯及电池系统能量密度。

事实上,整个行业在材料创新方面有了不错的进展:正极材料领域,从NCM523NCM622过渡,甚至部分企业有能力量产NCM811;负极材料领域,主流企业配合电池高镍化趋势在硅碳方面有所突破,并加速扩大产能;电解液领域,针对高镍三元的产品已有批量应用;辅材领域,国产铝塑膜、粘合剂等研发应用明显提速。

18-10日,2017高工锂电&电动车年会在东莞观澜湖度假酒店会议中心盛大举行。作为锂电及电动车行业规模最大、参与度最高的年度盛会,现场吸引了材料、设备、电芯、BMSPACK、电机电控、整车、运营租赁整个新能源汽车产业链超800位企业高层参与其中。继823位企业高层精彩演讲后(戳此查看),9日由中科来方冠名的专场论坛“接棒”开启。

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2017高工锂电&电动车年会现场

在本场次论坛上,中科来方总经理李仁贵、深圳斯诺研发工程师胡文良、凌志新材研究院院长张春晖博士、天赐材料产品线经理周邵云、苏达汇诚技术总监晁承鹏、宁波容百锂电研发中心总经理佘圣贤、道明光电销售总监吴焕而、赛德丽董事长刘俊才、蓝德能源董事长任旭华等9位嘉宾分别从粘合剂、硅碳负极、有机硅、电解液、铝塑膜、高镍三元及配套设备等多角度发表精彩演讲,为如何提升电池性能献计献策。

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▲中科来方总经理李仁贵

当前,锂电池用粘合剂主要分为油性和水性两大体系。其中,正极材料主要使用油性粘合剂PVDF,该类粘结剂需要加入NMP溶剂配合使用,但会产生对人体和环境有害的物质。而负极材料主要使用水性粘合剂LA系列和SBR乳液系列。

中科来方通过自主研发,研发出了新型水性锂电池电极专用粘合剂LA系列,现已成功研发并量产了LA136DME1209系列、ABE-5FS225等几款水性粘合剂产品。同时针对不同的材料体系以及客户的一些细分要求开发的几款新产品,满足不同客户更高的要求。

李仁贵指出,水性粘合剂在使用方面更便捷、更环保、加工时间更短、成本也更低,在接下来含硅系列高容量负极应用上更具优势。

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▲深圳斯诺研发工程师胡文良

胡文良表示,硅碳负极是当前负极材料领域的研发热点,但还存在较大的制备和应用化难点。目前还没有方法能够完全克服硅碳负极的体积膨胀问题,可以考虑从它的电极体系来改善它的综合性能。因此深圳斯诺将从导电剂、粘结剂、电解液添加剂和预嵌锂等方面探索硅碳负极的产业化。

在产能布局方面,深圳斯诺2018年负极材料产能将达到3.3万吨,其中石墨负极3万吨,硅碳负极0.3万吨;到2019年,公司的石墨负极材料产能将达到4.5万吨,硅碳负极产能达到1万吨。

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▲凌志新材研究院院长张春晖博士

张春晖介绍,有机硅在新能源汽车行业主要有四大应用:密封防水、安全防护、结构导热、轻量化。

密封防水:锂电池对水分敏感,密封性直接影响电池系统的工作安全和电动汽车的使用安全。从发展历史来看,有机硅在密封防水上正经历单组分免垫胶——发泡成型密封圈——在线发泡硅胶、MS密封胶的产品升级。

安全防护:除过软包电池外,单颗方形、圆柱动力电芯遇热、遇水发生爆炸情况下,容易“连累”其他电芯产生连锁反应。而有机硅产品中的灌封胶能够均衡电芯间温差、提高电芯的单体一致性,单颗电芯爆炸后能够吸收其产生的热量及冲击力,对周边电芯形成保护,从而提高模组安全性。

结构导热:锂电池的正常工作温度在-20℃—60℃,温度太高或太低都容易引发问题。使用有机硅胶后,根据PACK工艺的不同,有机硅胶灌注、排列在电池包周围的缝隙,为电池包加上一层屏障,即便处于过热或过冷的环境,电池包依然可以稳定工作。

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▲天赐材料产品线经理周邵云

周邵云表示,NCANCM811高镍材料由于镍含量极高,材料吸水性强,氧化性更强,在高温下能催化电解液氧化分解产气和破坏界面SEI膜稳定性,造成电解液容量衰减严重。如果使用成膜性能较好的成膜剂,虽然界面稳定,高温稳定性好,但是阻抗较大,影响低温性能。

在年会现场,周邵云向与会人士分享了利用有离子切割功能的电境所做的一些分析。从45100周循环后高镍正极的剖面图可以看到,电解液被高镍材料氧化产生了一些气体,导致材料中间有很多空隙。表面还有一些附着层、沉积物。

“我们设计了一种三电极全电池评价沉积物对电池性能的影响。通过在电池内加入金属电极,原位沉积金属锂的方式,做一个参比电极,可以分别得到正负极的阻抗。”周邵云说,三电极的阻抗结果显示高温循环后的高镍正极阻抗增大明显,沉积物使阻抗增大是电池容量衰退的重要原因。

采用成膜剂在正极上形成均匀的钝化层是电解液的改善思路,可以防止电解液持续在界面氧化分解,抑制界面阻抗的过快增长。

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▲苏达汇诚技术总监晁承鹏

经过多年的发展,国产铝塑膜已经在产品质量、制造工艺和技术水平上获得极大的提升,目前已经成功在国内3C数码电池领域实现大规模应用。

当前,国产铝塑膜企业正在动力电池用铝塑膜领域进行攻关,通过在原材料、生产设备、生产环节、生产工艺等方面升级,提升国产铝塑膜的产品性能。事实上,国产铝塑膜在多个产品性能方面已与国际产品达到同一水平,只是在外观一致性和批次稳定性等方面有待提升。

在产品性能方面,苏达汇诚生产的铝塑膜在冲坑成型和耐电解液腐蚀强度两大关键指标与DNP相近。

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▲宁波容百锂电研发中心总经理佘圣贤

高镍三元材料技术壁垒较高,在制备工艺、设备以及生产环境、成本等方面都远远高于普通三元材料,目前国内能够实现高镍三元量产的厂家并不多,而国产811三元材料走向成熟普及还有很长一段路要走。

佘圣贤透露,宁波容百锂电作为国内率先量产高镍三元材料的企业,2016年下半年NCM811已经开始小规模量产,201712月产量达到500/月。最新计划是,2018年三季度,每月NCM811产能达1000/月;2019年做到2000-3000/月。

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▲道明光电销售总监吴焕而

国产铝塑膜占量主要是集中在数码领域,在动力、软包这一块占比仍然很低。但在下游市场应用需求拉动下,不少新进入的企业都在导入软包动力电池产线,目前前50家动力电池里面有29家布局了软包的线路,在2020年,预估软包动力电池的渗透率将会达到35%以上。

基于此,相关数据预估,到2020年的时候整个软包锂电池的需求量会达到60GWh,而耗用铝塑膜会达到2.5-2.8亿,市场规模会达到60亿。

“动力电池给国产铝塑膜提供了很大的想象空间。”吴焕而说,动力电池企业对于成本方面的考虑是推动铝塑膜进口替代的关键因素,政策的调整让动力企业的市场的竞争越来越激烈,电池企业成本压力非常大,这加速了国产动力铝塑膜应用进程。

事实上,国产铝塑膜存在五大优势:一是性价比优势,国产价格与进口价格保持20%-30%以上差距;二是性能保障,关键性能指标已达到甚至超过进口品牌水平;三是灵活销售策略,市场开拓渠道更直接,交易方式更灵活;四是完善的售后服务,货源充足,配送及时,技术服务更全面、快速;五是良好的售后保障,敢于承担风险,消除客户顾虑。

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▲赛德丽董事长刘俊才

刘俊才指出,目前的锂电制造行业,部分企业在选用设备的时候几乎都是东平西凑形成一套半自动设备,致使人工成本高,效率低下。

赛德丽公司有几十年的自动化设备经验,成功研究出一套磷酸铁锂和高镍三元材料全自动成套生产设备,达到全封闭无粉尘污染,通过PLC编程,自动化程度高,已成功应用于贵州唯特高新能源科技有限公司,年产一万吨磷酸铁锂,只需十人即可操作全部设备。生产出的磷酸铁锂1C克容量148以上,压实密度2.6以上,产品批次稳定性好。

同时,采用智能自动化中控系统对生产过程全面监控,可有效防止质量事故和安全事故的发生,且避免了人为操作带来的不确定性,提高了产品性能和产品批次稳定性。

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▲蓝德能源董事长任旭华

任旭华指出,选择NCM或者NCA三元材料作为正极材料是动力电池发展的必然趋势,若配合高压体系电解质,则有望将比能力提升300wh/kg这一新的高度。

但是,目前市场多采用NCM体系,而高能量体系如NCM622811NCA体系使用还较少,主要是由于安全性较差,蓝德能源所掌握技术通过体系设计、特种添加剂、新型电解质的使用等关键技术成功解决了这些难题,采用该高能量密度三元体系,可大幅提高体系能量密度。

以一种应用于高电压三元电池的复合液态电解质为例,蓝德能源采用离子液体复合液态电解质代替传统EC基复合溶液/LiPF6液态电解质,实现在电导率不变的情况下,提高溶剂稳定性,同时保护三元高电压电极,抑制其活性物质溶出,抑制电解质溶液与活性物质的直接接触,从而提高电池可充放电压,最终实现容量的大幅度提高。


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