昆侖億恩科孫春勝：動(dòng)力電池電解液定向創(chuàng )新與應用“探析”
日前，“第六屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )(CBIS2021)”在江西贛州舉辦。來(lái)自國內整車(chē)、動(dòng)力電池、材料、設備等產(chǎn)業(yè)鏈頭部企業(yè)和行業(yè)機構，以及國外部分在華產(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、供應鏈安全與保障、雙碳目標與全球化市場(chǎng)新格局、材料技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化應用等產(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)總監孫春勝作主題演講
在“鋰電材料供應鏈安全與保障”主題論壇上，湖州昆侖億恩科電池材料有限公司研發(fā)總監孫春勝以《動(dòng)力電池電解液技術(shù)的定向創(chuàng )新與應用》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(guò)產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng )新來(lái)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的穩定”思考。
演講中，孫春勝表示，電池和電解液開(kāi)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應用場(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(guò)充電，過(guò)熱或短路等使用不當產(chǎn)生的安全問(wèn)題。此外，還有一些安全問(wèn)題與電解液物理氣化產(chǎn)氣、電池內阻、電池間和電池內部的熱分布不均、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)。
據介紹，在從電解液角度來(lái)提高電池的安全性，一般有三類(lèi)應對措施：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(guò)技術(shù)創(chuàng )新，減少電解液消耗或高溫負反應，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(guò)整合IPO(輸入、過(guò)程和輸出)流程，通過(guò)精益架構，采用小型化、標準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極之間的匹配性，以及篩選一些新物質(zhì)有針對性得提升電池性能。
據悉，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)穩定性。據透露，目前該技術(shù)在高鎳(NCM811)體系上測試使用，其安全、常溫/低溫倍率放電性能和循環(huán)性能都有不錯的表現。
措施二，采用無(wú)EC電解液。孫春勝介紹，如果電解液當中沒(méi)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(wú)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，寬溫對策。據悉，鋰離子電池低溫性能差的主要因素尚有爭論，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，電導率降低;二是電解液/電極界面膜阻抗和電荷轉移阻抗增大;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(guò)在電解液中補鋰，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(lái)改善電解液低溫、循環(huán)等性能。
此外，針對電池不同應用場(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(lái)滿(mǎn)足不同市場(chǎng)的需求。
措施四，阻燃設計。據介紹，阻燃的機理措施主要是通過(guò)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(jiàn)的有如下幾種。第一種是無(wú)機快離子導體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(guò)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、熱穩定性高、電化學(xué)穩定窗口寬[高達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)應用于LiCoO2電池中。
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