昆侖億恩科孫春勝：動(dòng)力電池電解液定向創(chuàng)新與應(yīng)用“探析”
日前，“第六屆動(dòng)力電池應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)(CBIS2021)”在江西贛州舉辦。來自國(guó)內(nèi)整車、動(dòng)力電池、材料、設(shè)備等產(chǎn)業(yè)鏈頭部企業(yè)和行業(yè)機(jī)構(gòu)，以及國(guó)外部分在華產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)代表匯聚于此，共同圍繞新發(fā)展格局下，產(chǎn)業(yè)鏈交付、供應(yīng)鏈安全與保障、雙碳目標(biāo)與全球化市場(chǎng)新格局、材料技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)鏈核心議題進(jìn)行深入交流探討。
圖為湖州昆侖億恩科電池材料有限公司研發(fā)總監(jiān)孫春勝作主題演講
在“鋰電材料供應(yīng)鏈安全與保障”主題論壇上，湖州昆侖億恩科電池材料有限公司研發(fā)總監(jiān)孫春勝以《動(dòng)力電池電解液技術(shù)的定向創(chuàng)新與應(yīng)用》為題，向與會(huì)代表分享了昆侖億恩科在電解液技術(shù)方面的研發(fā)進(jìn)展和成果，以及“通過產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新來促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的穩(wěn)定”思考。
演講中，孫春勝表示，電池和電解液開發(fā)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，基本上都是在保證電池安全性的前提下，在成本、壽命和性能方面，尋找到四者之間的“平衡”。
目前電池的安全和性能主要是根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和材料體系劃分的，具體到安全性方面，比如高低溫的安全、大倍率充放電的安全、模擬事故碰撞的擠壓或針刺的安全，以及過充電，過熱或短路等使用不當(dāng)產(chǎn)生的安全問題。此外，還有一些安全問題與電解液物理氣化產(chǎn)氣、電池內(nèi)阻、電池間和電池內(nèi)部的熱分布不均、電池界面膜高溫下分解產(chǎn)氣，電解液在電極界面的氧化分解和鋰鹽高溫下的自分解等因素有關(guān)。
據(jù)介紹，在從電解液角度來提高電池的安全性，一般有三類應(yīng)對(duì)措施：一是防范性的，防范事故發(fā)生;其次是抑制性的，一旦事故發(fā)生增加逃生時(shí)間;再者是革新性的，通過技術(shù)創(chuàng)新，減少電解液消耗或高溫負(fù)反應(yīng)，另外還有業(yè)界普遍關(guān)注的固態(tài)電解質(zhì)及固態(tài)電池的解決方案等。
孫春勝表示，目前昆侖億恩科通過整合IPO(輸入、過程和輸出)流程，通過精益架構(gòu)，采用小型化、標(biāo)準(zhǔn)化的高通量篩選技術(shù)，篩選配方組合成，篩選電解液的配方跟正負(fù)極之間的匹配性，以及篩選一些新物質(zhì)有針對(duì)性得提升電池性能。
據(jù)悉，昆侖億恩科在電解液性能改善方面主要有以下幾個(gè)舉措：
措施一，采用一些偏濃度的電解液。在電池局部使用高濃電解液(LHCEs)，以提高鋰金屬電池和鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性。據(jù)透露，目前該技術(shù)在高鎳(NCM811)體系上測(cè)試使用，其安全、常溫/低溫倍率放電性能和循環(huán)性能都有不錯(cuò)的表現(xiàn)。
措施二，采用無EC電解液。孫春勝介紹，如果電解液當(dāng)中沒有EC，電解液自身的劣化和電解液在電池中的劣化都會(huì)慢得多。采用無EC電解液的電池，其首次效率、電解液氧化、大倍率性能、循環(huán)性能都會(huì)較一般電解液電池好得多。
措施三，寬溫對(duì)策。據(jù)悉，鋰離子電池低溫性能差的主要因素尚有爭(zhēng)論，但究其原因有以下三個(gè)方面的因素：一是低溫下電解液的粘度增大，電導(dǎo)率降低;二是電解液/電極界面膜阻抗和電荷轉(zhuǎn)移阻抗增大;三是鋰離子在材料本體中的遷移速率降低，由此造成低溫下電極極化加劇，充放電容量減小。
昆侖億恩科通過在電解液中補(bǔ)鋰，使用新添加劑，在不增加成本的前提下采用部分碳酸酯的替代方案來改善電解液低溫、循環(huán)等性能。
此外，針對(duì)電池不同應(yīng)用場(chǎng)景，昆侖億恩科還創(chuàng)新使用不同電解液添加劑等產(chǎn)品，來滿足不同市場(chǎng)的需求。
措施四，阻燃設(shè)計(jì)。據(jù)介紹，阻燃的機(jī)理措施主要是通過捕獲氧自由基;阻燃方面的工作涉及到凝膠電解液。
在凝膠電解液方面，常見的有如下幾種。第一種是無機(jī)快離子導(dǎo)體Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3和PVDF-HFP混合制備一種阻燃型凝膠聚合物電解質(zhì)膜，用于高安全性的金屬鋰電池;第二種通過優(yōu)化聚丙烯腈[polyacrylonitrile，PAN，(a)]、碳酸酯溶劑和LiPF6的比例制備出一種PAN基的阻燃性凝膠聚合物電解質(zhì);第三種，將全氟聚醚[Fluorolink E10H，(d)]交聯(lián)后制備出一種不燃、熱穩(wěn)定性高、電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬[高達(dá)5 V (vs. Li/Li+)]的凝膠聚合物電解質(zhì);第四種，將基于聚(1-甲基-3-(2-丙烯酰氧基己基)咪唑鎓-四氟硼酸鹽)的凝膠聚合物電解質(zhì)應(yīng)用于LiCoO2電池中。
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