用新材料把電池做成“三明治” 渝企攻克新能源汽車鋰電池起火爆炸難題
2024-11-07 06:31:52 來源： 華龍網(wǎng)-重慶日報
鋰電池容易起火爆炸，是不少消費者購買電動車的顧慮之一。為解決這一痛點，有家渝企用新材料把電池做成了“三明治”，有效破解了這一難題。
近年來，鋰電池起火爆炸問題層出不窮，成為很多消費者不愿購買電動車的主要原因之一。
為啥容易起火？遇到激烈碰撞時，電池內(nèi)部的純金屬集流體破裂，會形成幾十甚至上百微米的毛刺，刺穿隔膜，導(dǎo)致短路，從而引發(fā)熱失控。
如果將純金屬集流體替換成不易破裂的材料，能否解決這一難題？
重慶金美新材料科技有限公司（以下簡稱金美），歷時近10年研發(fā)，將這一設(shè)想變成現(xiàn)實，用新材料把電池做成“三明治”，破解新能源汽車鋰電池起火爆炸難題。
開發(fā)“三明治”材料
直擊鋰電池爆炸痛點
金美為什么要研發(fā)這種新材料？這要從2015年說起。
那一年是業(yè)界公認(rèn)的新能源汽車發(fā)展“元年”，鋰電池產(chǎn)業(yè)方興未艾。3月，一則三星手機(jī)在充電時爆炸的消息，牽動了整個產(chǎn)業(yè)的神經(jīng)。
“必須開發(fā)新材料，解決鋰電池安全性問題，否則未來將面臨發(fā)展瓶頸。”當(dāng)時，河南人臧世偉與某行業(yè)頭部企業(yè)在設(shè)備方面有緊密合作，得知對方有這樣的需求后，萌生出跨界創(chuàng)業(yè)的想法。
客戶提出的設(shè)想是，將鋰電池內(nèi)傳統(tǒng)的鋁箔和銅箔集流體，替換成“金屬—高分子材料—金屬”三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，以高分子材料為“夾心”層，上下兩面沉積金屬鋁或金屬銅，如同“三明治”。
這樣一來，電池受到激烈碰撞時，具有彈性的高分子材料薄膜層能起到緩沖作用。內(nèi)部發(fā)熱到一定程度，熔點比金屬低的高分子材料會變軟、熔化，就會為電芯增加一道高分子“保險絲”。而且，復(fù)合集流體無法產(chǎn)生大規(guī)模金屬毛刺，可規(guī)避熱失控，從而避免爆炸。
臧世偉帶著核心成員，全國各地找設(shè)備、找材料、找人才，制樣品、搞研發(fā)，2年后在安徽創(chuàng)立公司，形成試生產(chǎn)能力。
“沒想到，搞原始創(chuàng)新研發(fā)這么難?！标笆纻ジ袊@。2018年初，以PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）為基材的復(fù)合銅集流體樣品下線，送到客戶實驗室封裝測試，卻遭到“當(dāng)頭一棒”。
產(chǎn)品正常情況下至少要保證2000次充放電循環(huán)，而樣品在500次循環(huán)后，性能就出現(xiàn)大幅下降：拆開后才發(fā)現(xiàn)，中間那層基材被熔解，直接塌陷了。
當(dāng)時，在研發(fā)方面已“燒”了3億多元的臧世偉，感覺“眼前一黑”。
攻克技術(shù)難關(guān)后
產(chǎn)業(yè)化成了“攔路虎”
既然PET不適合作為“三明治”的基材，那就換材料。
紙膜、PI……幾乎所有符合要求的高分子材料，團(tuán)隊都找來試了一遍。那段時間，大家晝夜不分，以生產(chǎn)車間為家。
大半年過去，上千次實驗后，團(tuán)隊終于發(fā)現(xiàn)，以聚丙烯為基材，可擁有較高的耐沖擊性，還能抗多種有機(jī)溶劑和酸堿腐蝕。問題迎刃而解，還帶來意外收獲——以6微米的復(fù)合銅集流體為例，除了上下1微米的銅，中間4微米是高分子材料，相比傳統(tǒng)集流體重量減輕60%，節(jié)約材料成本近50%，能量密度提升5%—10%。
2018年底，金美第一代產(chǎn)品——6微米銅復(fù)合集流體和10微米鋁復(fù)合集流體正式下線，并實現(xiàn)第一次3萬輛電動車裝機(jī)，投入歐洲市場。
“抓緊上量?！笨蛻魧ρb機(jī)結(jié)果很滿意，并提出了更高的要求。
安徽工廠生產(chǎn)能力有限，金美四處尋求能拓展生產(chǎn)研發(fā)基地的地方。彼時，重慶、四川、廈門三地同時向這家企業(yè)拋出橄欖枝，而重慶深厚的工業(yè)底蘊吸引了臧世偉。2019年9月，金美落地重慶，次年下半年廠房裝修投用。
落地重慶以來，金美累計在設(shè)備和研發(fā)方面投入超10億元。“從小批量到大批量，絕非從1到2這么簡單。量產(chǎn)的難度占到整個開發(fā)的90%以上?！标笆纻フf。
瞄準(zhǔn)千億級市場
將重慶工廠打造為產(chǎn)能輸出基地
這種創(chuàng)新產(chǎn)品，生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)和組裝以及工藝開發(fā)，全靠自己摸著石頭過河，遭遇挫折是常有的事。
設(shè)備組裝好后的第一次生產(chǎn)，就讓大家傻了眼——產(chǎn)品要么變形、要么穿孔，全是廢品。
到底哪兒錯了？大家將設(shè)備拆掉，經(jīng)過復(fù)盤，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵問題可能出在沉積系統(tǒng)的鍍膜工藝上。
金美采用的是物理氣相沉積法鍍膜，銅的汽化點是2567℃，鋁的汽化點是3550℃，而高分子材料的熔點卻在120℃左右，這就導(dǎo)致金屬還沒汽化，高分子材料往往就已經(jīng)熔掉了。
諸如此類的技術(shù)難點還有很多。團(tuán)隊對生產(chǎn)流程進(jìn)行重新開發(fā)，調(diào)整設(shè)備結(jié)構(gòu)、架構(gòu)和沉積方式，加上熱管理、冷管理工藝改進(jìn)，經(jīng)過近一年時間，才將整套設(shè)備改造完畢。
2021年底，生產(chǎn)線穩(wěn)步試生產(chǎn)；2022年開始，產(chǎn)品陸續(xù)量產(chǎn)裝車，應(yīng)用于極氪等品牌車型。也是在這一年，金美有了超千萬元級別的營收。2023年，銅、鋁復(fù)合集流體生產(chǎn)工藝全線打通，鋁產(chǎn)線優(yōu)率達(dá)80%以上，銅產(chǎn)線快速爬坡，年產(chǎn)能達(dá)到10 GWh電池用量。
“無論產(chǎn)能多少，你們生產(chǎn)線95%的產(chǎn)品，都?xì)w我們！”頭部客戶放出話來。剩余5%的產(chǎn)品，金美用來拓展其他客戶，包括消費電池、儲能、軍工等。
據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2030年，全球集流體材料應(yīng)用將形成2000多億元市場規(guī)模。雖然前景可觀，產(chǎn)品供不應(yīng)求，且具有領(lǐng)先優(yōu)勢，但金美并不滿足于現(xiàn)狀。
“今年開始，我們將研發(fā)轉(zhuǎn)向為設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和優(yōu)率提升?！标笆纻ソ榻B，金美計劃將重慶工廠打造成“燈塔工廠”，作為產(chǎn)能輸出基地，實現(xiàn)量產(chǎn)爬坡和產(chǎn)能釋放的同時，進(jìn)一步推動產(chǎn)品極薄化、極輕量化開發(fā)，未來目標(biāo)是年產(chǎn)能100GWh電池用量，產(chǎn)值百億元。
新重慶-重慶日報記者 佘振芳
責(zé)任編輯：陳霞
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