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(lái)源： 華龍網(wǎng)-重慶日?qǐng)?bào)
鋰電池容易起火爆炸，是不少消費(fèi)者購(gòu)買電動(dòng)車的顧慮之一,。為解決這一痛點(diǎn),，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(lái)，鋰電池起火爆炸問(wèn)題層出不窮，成為很多消費(fèi)者不愿購(gòu)買電動(dòng)車的主要原因之一,。
為啥容易起火？遇到激烈碰撞時(shí),，電池內(nèi)部的純金屬集流體破裂,，會(huì)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(jiǎn)稱金美），歷時(shí)近10年研發(fā),，將這一設(shè)想變成現(xiàn)實(shí),，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(kāi)發(fā)“三明治”材料
直擊鋰電池爆炸痛點(diǎn)
金美為什么要研發(fā)這種新材料,？這要從2015年說(shuō)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(shí)爆炸的消息，牽動(dòng)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的神經(jīng),。
“必須開(kāi)發(fā)新材料,，解決鋰電池安全性問(wèn)題，否則未來(lái)將面臨發(fā)展瓶頸,?！碑?dāng)時(shí)，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(duì)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(lái),，電池受到激烈碰撞時(shí),，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(diǎn)比金屬低的高分子材料會(huì)變軟,、熔化，就會(huì)為電芯增加一道高分子“保險(xiǎn)絲”,。而且,，復(fù)合集流體無(wú)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(guó)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(méi)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(duì)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(shí)驗(yàn)室封裝測(cè)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(kāi)后才發(fā)現(xiàn)，中間那層基材被熔解,，直接塌陷了,。
當(dāng)時(shí)，在研發(fā)方面已“燒”了3億多元的臧世偉,，感覺(jué)“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(duì)都找來(lái)試了一遍,。那段時(shí)間,，大家晝夜不分，以生產(chǎn)車間為家,。
大半年過(guò)去,，上千次實(shí)驗(yàn)后，團(tuán)隊(duì)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(wèn)題迎刃而解,，還帶來(lái)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(shí)現(xiàn)第一次3萬(wàn)輛電動(dòng)車裝機(jī),，投入歐洲市場(chǎng)。
“抓緊上量,?！笨蛻魧?duì)裝機(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(shí)，重慶,、四川,、廈門三地同時(shí)向這家企業(yè)拋出橄欖枝，而重慶深厚的工業(yè)底蘊(yùn)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(lái),，金美累計(jì)在設(shè)備和研發(fā)方面投入超10億元?！皬男∨康酱笈?，絕非從1到2這么簡(jiǎn)單。量產(chǎn)的難度占到整個(gè)開(kāi)發(fā)的90%以上,?！标笆纻フf(shuō)。
瞄準(zhǔn)千億級(jí)市場(chǎng)
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(kāi)發(fā),，全靠自己摸著石頭過(guò)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(cuò)了？大家將設(shè)備拆掉,，經(jīng)過(guò)復(fù)盤,，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵問(wèn)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(diǎn)是2567℃,，鋁的汽化點(diǎn)是3550℃，而高分子材料的熔點(diǎn)卻在120℃左右,，這就導(dǎo)致金屬還沒(méi)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(diǎn)還有很多,。團(tuán)隊(duì)對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行重新開(kāi)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(guò)近一年時(shí)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(kāi)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(wàn)元級(jí)別的營(yíng)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(wú)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(lái),。剩余5%的產(chǎn)品,，金美用來(lái)拓展其他客戶，包括消費(fèi)電池,、儲(chǔ)能,、軍工等。
據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè),，到2030年,，全球集流體材料應(yīng)用將形成2000多億元市場(chǎng)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(shì)，但金美并不滿足于現(xiàn)狀,。
“今年開(kāi)始,，我們將研發(fā)轉(zhuǎn)向?yàn)樵O(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和優(yōu)率提升?！标笆纻ソ榻B,，金美計(jì)劃將重慶工廠打造成“燈塔工廠”,，作為產(chǎn)能輸出基地，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)爬坡和產(chǎn)能釋放的同時(shí),，進(jìn)一步推動(dòng)產(chǎn)品極薄化,、極輕量化開(kāi)發(fā)，未來(lái)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?qǐng)?bào)記者 佘振芳
責(zé)任編輯：陳霞
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