從麒麟電池到青海湖電池，一文了解“硅基負(fù)極”的“負(fù)極膠”
今年4月，CATL麒麟電池隨著吉利的重磅純電MPV車(chē)型極氪009正式開(kāi)啟交付!這塊電池最大亮點(diǎn)之一就是首創(chuàng)了高鎳正極搭配“硅基負(fù)極”的技術(shù)組合，因此其電池容量一舉突破了140KWh大關(guān)，輕松拿下大中型MPV純電續(xù)航里程 822 公里的世界紀(jì)錄!
7月，另一塊備受關(guān)注的“硅基負(fù)極”電池--榮耀“青海湖電池”也正式發(fā)布!因?yàn)橛辛恕肮杌?fù)極”技術(shù)的加持，這塊電池一方面實(shí)現(xiàn)了高達(dá)5000mAh的大電量，而另一方面竟然又將電池的厚度壓縮到如卡片般纖薄的2.72mm!硅基負(fù)極是鋰離子電池實(shí)現(xiàn)超級(jí)快充與超長(zhǎng)續(xù)航的關(guān)鍵技術(shù)，它的出現(xiàn)讓鋰電池的充電速度和能量密度出現(xiàn)大幅提升，但是這種負(fù)極在充電時(shí)會(huì)發(fā)生劇烈膨脹進(jìn)而引發(fā)負(fù)極的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們一直在從兩個(gè)方向展開(kāi)研究：一方面是開(kāi)發(fā)較低膨脹率的硅基材料，另一方面，則是從粘接負(fù)極材料的負(fù)極膠入手!為此材料大廠回天新材開(kāi)發(fā)出全新解決方案一1206LPAA負(fù)極膠!
鑒于 PAA 的分子呈現(xiàn)出線性長(zhǎng)鏈條的結(jié)構(gòu)，從概率上來(lái)講當(dāng)“硅基負(fù)極”出現(xiàn)大幅膨脹時(shí)，就存在“手滑”纏不住的情況。從這個(gè)角度出發(fā)，回天的材料學(xué)家們?cè)谠O(shè)計(jì)1206L負(fù)極膠的時(shí)候也就同時(shí)設(shè)計(jì)出了兩條技術(shù)路線有其中一個(gè)是將線性的 PAA分子鏈橫向交聯(lián)起來(lái)，構(gòu)建起一個(gè)3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);而另一個(gè)，則是提高PAA的分子量。
思路一：構(gòu)建 3D網(wǎng)絡(luò)
回天的研發(fā)工程師注意到電池負(fù)極在繞卷入殼之后需要經(jīng)過(guò)一個(gè)真空烘烤的環(huán)節(jié)，為了讓負(fù)極材料在涂布后徹底揮發(fā)掉水分和溶劑，這個(gè)烘干的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6小時(shí)，而且期間的溫度可以達(dá)到90~120℃。于是他們這次給1206L專(zhuān)門(mén)選了一款需要加熱才能與 PAA 發(fā)生反應(yīng)的交聯(lián)劑，相當(dāng)于對(duì)于烘干工序之中的能量與時(shí)間進(jìn)行了有效再利用，在不增加用戶(hù)成本的情況下就提升了硅基負(fù)極的機(jī)械強(qiáng)度!從最終的效果來(lái)看，采用了這種方案的“硅基負(fù)極”在經(jīng)歷100次充放電循環(huán)后電容量依然保持平穩(wěn)。
思路二：提高分子量
高分子材料的分子量對(duì)于機(jī)械強(qiáng)度的影響最大，具體到PAA負(fù)極膠也是如此，這對(duì)于抵抗劇烈膨脹的“硅基負(fù)極”來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的性能!但問(wèn)題是，分子量變大就意味著粘度的上升。這個(gè)問(wèn)題體現(xiàn)在涂布后的負(fù)極就是，負(fù)極材料就出現(xiàn)明顯的結(jié)塊團(tuán)聚，這會(huì)造成負(fù)極內(nèi)部電通路的中斷。體現(xiàn)在電性能上，就是負(fù)極本身的電阻就會(huì)很高，對(duì)于電化學(xué)反應(yīng)的鋰離子電池來(lái)說(shuō)這是嚴(yán)重影響性能的大問(wèn)題!
而這次回天開(kāi)發(fā)出來(lái)的1206L負(fù)極膠竟然解決了這個(gè)矛盾,首先它的分子量高達(dá)100萬(wàn)，和目前主流的PAA比起來(lái)高出了30%;同時(shí)PDI<2。但是它的粘度卻維持在了15000~25000cps的范圍,這就在不影響工藝的前提下為提升粘接強(qiáng)度打下了基礎(chǔ)。結(jié)合 3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，高于平均水平30%的分子量以及相對(duì)較低的粘度，這就讓使用回天 1206L的“硅基負(fù)極”具備了更好的機(jī)械性能與循環(huán)電性能。
從麒麟電池，到青海湖電池，“硅基負(fù)極”技術(shù)讓我們看到了產(chǎn)品性能升級(jí)與中國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的新希望，而回天1206L負(fù)極膠的出現(xiàn)，不僅讓“硅基負(fù)極”的早日大規(guī)模普及更進(jìn)一步，也更是中國(guó)材料產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新與穩(wěn)步向前的又一個(gè)例證!
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