昆侖材料呂亮：凝膠半固態(tài)電解液已具備研發(fā)優(yōu)勢(shì)
日前，在“2022中國(guó)（遂寧）國(guó)際鋰電產(chǎn)業(yè)大會(huì)暨新能源汽車(chē)及動(dòng)力電池國(guó)際交流會(huì)”的“迎接新能源汽車(chē)快充時(shí)代”主題論壇上，香河昆侖新能源材料股份有限公司技術(shù)總監(jiān)呂亮，就“高能量密度鋰電池安全性電解液設(shè)計(jì)思路”發(fā)表主題演講。
呂亮認(rèn)為，目前鋰電池行業(yè)主要面臨兩方面挑戰(zhàn)。“一方面，鋰電池需要兼顧高能量密度/快充/高安全性能；另一方面，還需要兼顧高性能與低成本，具有高性?xún)r(jià)比。”
高安全性方面，呂亮介紹了鋰電池?zé)崾Э剡^(guò)程，并分享了提高鋰電池安全性能的解決思路。
從鋰電池?zé)崾Э啬Ｐ涂矗谝浑A段，溫度達(dá)到100℃-150℃，電解液溶劑最先到達(dá)燃點(diǎn)；第二階段，達(dá)到150℃-200℃SEI膜開(kāi)始分解；第三階段，達(dá)到200℃-300℃電解質(zhì)開(kāi)始分解；第四階段，超過(guò)250℃，正極、負(fù)極發(fā)生連鎖反應(yīng)，最終導(dǎo)致熱失控。
呂亮指出，“實(shí)際上，部分溶劑超過(guò)80℃就會(huì)引發(fā)失效第一階段，因此，在開(kāi)發(fā)高安全性電解液時(shí)，首先要解決溶劑的影響，要保證其高閃點(diǎn)、高沸點(diǎn)性能，同時(shí)還要保證正常的電化學(xué)性能。”
針對(duì)鋰電池?zé)崾Э貑?wèn)題，呂亮詳細(xì)介紹了在高能量密度鋰電池安全性電解液上的研發(fā)進(jìn)展和解決方案。
其一，開(kāi)發(fā)新型溶劑N11+含磷阻燃劑FPN。
呂亮介紹道，“應(yīng)用昆侖材料這一開(kāi)發(fā)思路，熱失控方面，在電解液層面可實(shí)現(xiàn)電解液不燃。在電池模組層面，實(shí)驗(yàn)電池體系整個(gè)模組熱失控時(shí)間延遲約60S，達(dá)到約160S，同時(shí)能夠通過(guò)160℃30min熱箱測(cè)試。”
團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，N11相比目前的碳酸酯，在高溫和常溫的存儲(chǔ)性能、膨脹率、容量保持恢復(fù)等方面都更具優(yōu)勢(shì)，從而在保障安全性能的同時(shí)，兼顧了良好的電化學(xué)性能。
其二，開(kāi)發(fā)電解液界面新型添加劑A50。
正負(fù)極形成界面保護(hù)膜時(shí)，新添加劑A50在正極有明顯的氧化峰，能夠優(yōu)先在正極氧化形成CEI膜，抑制電解液與正極材料之間的反應(yīng)。硅碳體系應(yīng)用也如此，同樣能在負(fù)極形成穩(wěn)定的SEI膜，正極形成CEI膜，從而提升整體界面的熱穩(wěn)定性。
其三，開(kāi)發(fā)凝膠半固態(tài)電解液。
呂亮介紹，凝膠半固態(tài)電解液GEL-4在70℃和80℃時(shí)15分鐘后就開(kāi)始聚合，且1小時(shí)后完成聚合，能夠快速降低電解液的流動(dòng)性，阻斷鋰離子的傳導(dǎo)，控制電池進(jìn)一步熱失控帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。目前開(kāi)發(fā)的二次注液二次化成工藝，能夠同時(shí)保證電芯循環(huán)、倍率等電化學(xué)性能有較好的表現(xiàn)。
其四，快充高性能電解液-LiFSi優(yōu)勢(shì)顯著，但問(wèn)題也亟待解決。
由于高電導(dǎo)率、低粘度、高溫穩(wěn)定性好，LiFSi已成為優(yōu)秀的鋰離子電解質(zhì)鹽，但也存在較大問(wèn)題，即它的腐蝕性的問(wèn)題。
呂亮指出，“LiFSi對(duì)鋁箔腐蝕問(wèn)題，在高電壓態(tài)下分解產(chǎn)氣問(wèn)題亟待解決，且LiFSi含量越高，環(huán)境溫度越高，腐蝕現(xiàn)場(chǎng)越嚴(yán)重。”
為解決這一問(wèn)題，“昆侖材料開(kāi)發(fā)了新型添加劑N863，來(lái)抑制LiFSi的腐蝕，且實(shí)驗(yàn)在高電壓電芯體系下，高溫循環(huán)和高溫存儲(chǔ)性能都得到大幅提升。”
此外，針對(duì)近期熱門(mén)的鈉離子電池研發(fā)提出了一些新的思路，呂亮還分享了昆侖材料在鈉電池電解液、凝膠/半固態(tài)電解液、全固態(tài)電解質(zhì)等材料領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃及專(zhuān)利布局等情況。
時(shí)至今日，2004年成立的香河昆侖新能源材料股份有限公司，已深耕電解液行業(yè)近20年。回顧發(fā)展歷程，昆侖材料早在2008年成為北京奧運(yùn)會(huì)供應(yīng)商，獨(dú)家為2008年北京奧運(yùn)會(huì)動(dòng)力電池提供電解液，2017年電解液產(chǎn)量排名全國(guó)第六，產(chǎn)能達(dá)8千噸/年。
為滿足市場(chǎng)多元化發(fā)展和重要客戶(hù)伙伴日益增長(zhǎng)的需求，近年來(lái)昆侖材料積極布局國(guó)內(nèi)和海外多個(gè)基地，為新能源行業(yè)貢獻(xiàn)昆侖擔(dān)當(dāng)。其中，香河基地為香河昆侖研究院；湖州基地已投產(chǎn)電解液產(chǎn)能達(dá)6萬(wàn)噸/年，湖州研究院也在建設(shè)中；宜賓基地規(guī)劃到2023年電解液將達(dá)產(chǎn)24萬(wàn)噸/年；海外基地選址匈牙利，規(guī)劃產(chǎn)能為10萬(wàn)噸/年。客戶(hù)包括寧德時(shí)代、SK、星恒、力神等頭部電池企業(yè)，并有多家歐美企業(yè)客戶(hù)。
產(chǎn)品矩陣方面，昆侖材料產(chǎn)品體系布局較廣，電解液產(chǎn)品包括二次鋰電、一次鋰電、鈉電電解液，以及部分鈉電材料，同時(shí)還研發(fā)固態(tài)電解質(zhì)、電解液核心材料、燃料電池材料等。
呂亮表示，昆侖材料希望以先進(jìn)技術(shù)為根基，做國(guó)內(nèi)頂尖的電解液供應(yīng)商（努力于2024年進(jìn)入行業(yè)第一集團(tuán)），做國(guó)際一流的固態(tài)電池（電解質(zhì)）和燃料電池材料供應(yīng)商，做國(guó)內(nèi)一流的正極前驅(qū)體材料供應(yīng)商，推動(dòng)和引領(lǐng)新能源產(chǎn)業(yè)的技術(shù)和市場(chǎng)變革！
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