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            昆仑材料吕亮:凝胶半固态电解液已具备研发优势
            发布时间:2022-11-10 18:38:00

            日前,在“2022中国(遂宁)国际锂电产业大会暨新能源汽车及动力电池国际交流会”的“迎接新能源汽车快充时代”主题论坛上,香河昆仑新能源材料股份有限公司技术总监吕亮,就“高能量密度锂电池安全性电解液设计思路”发表主题演讲。


            香河昆仑新能源材料股份有限公司技术总监吕亮


            吕亮认为,目前锂电池行业主要面临两方面挑战。“一方面,锂电池需要兼顾高能量密度/快充/高安全性能;另一方面,还需要兼顾高性能与低成本,具有高性价比。”


            高安全性方面,吕亮介绍了锂电池热失控过程,并分享了提高锂电池安全性能的解决思路。


            从锂电池热失控模型看,第一阶段,温度达到100℃-150℃,电解液溶剂最先到达燃点;第二阶段,达到150℃-200℃SEI膜开始分解;第三阶段,达到200℃-300℃电解质开始分解;第四阶段,超过250℃,正极、负极发生连锁反应,最终导致热失控。 


            吕亮指出,“实际上,部分溶剂超过80℃就会引发失效第一阶段,因此,在开发高安全性电解液时,首先要解决溶剂的影响,要保证其高闪点、高沸点性能,同时还要保证正常的电化学性能。”


            针对锂电池热失控问题,吕亮详细介绍了在高能量密度锂电池安全性电解液上的研发进展和解决方案。


            其一,开发新型溶剂N11+含磷阻燃剂FPN。


            吕亮介绍道,“应用昆仑材料这一开发思路,热失控方面,在电解液层面可实现电解液不燃。在电池模组层面,实验电池体系整个模组热失控时间延迟约60S,达到约160S,同时能够通过160℃30min热箱测试。”


            团队实验数据显示,N11相比目前的碳酸酯,在高温和常温的存储性能、膨胀率、容量保持恢复等方面都更具优势,从而在保障安全性能的同时,兼顾了良好的电化学性能。


            其二,开发电解液界面新型添加剂A50。


            正负极形成界面保护膜时,新添加剂A50在正极有明显的氧化峰,能够优先在正极氧化形成CEI膜,抑制电解液与正极材料之间的反应。硅碳体系应用也如此,同样能在负极形成稳定的SEI膜,正极形成CEI膜,从而提升整体界面的热稳定性。


            其三,开发凝胶半固态电解液。


            吕亮介绍,凝胶半固态电解液GEL-4在70℃和80℃时15分钟后就开始聚合,且1小时后完成聚合,能够快速降低电解液的流动性,阻断锂离子的传导,控制电池进一步热失控带来的安全风险。目前开发的二次注液二次化成工艺,能够同时保证电芯循环、倍率等电化学性能有较好的表现。


            其四,快充高性能电解液-LiFSi优势显著,但问题也亟待解决。


            由于高电导率、低粘度、高温稳定性好,LiFSi已成为优秀的锂离子电解质盐,但也存在较大问题,即它的腐蚀性的问题。


            吕亮指出,“LiFSi对铝箔腐蚀问题,在高电压态下分解产气问题亟待解决,且LiFSi含量越高,环境温度越高,腐蚀现场越严重。”


            为解决这一问题,“昆仑材料开发了新型添加剂N863,来抑制LiFSi的腐蚀,且实验在高电压电芯体系下,高温循环和高温存储性能都得到大幅提升。”


            此外,针对近期热门的钠离子电池研发提出了一些新的思路,吕亮还分享了昆仑材料在钠电池电解液、凝胶/半固态电解液、全固态电解质等材料领域的创新发展规划及专利布局等情况。


            时至今日,2004年成立的香河昆仑新能源材料股份有限公司,已深耕电解液行业近20年。回顾发展历程,昆仑材料早在2008年成为北京奥运会供应商,独家为2008年北京奥运会动力电池提供电解液,2017年电解液产量排名全国第六,产能达8千吨/年。


            为满足市场多元化发展和重要客户伙伴日益增长的需求,近年来昆仑材料积极布局国内和海外多个基地,为新能源行业贡献昆仑担当。其中,香河基地为香河昆仑研究院;湖州基地已投产电解液产能达6万吨/年,湖州研究院也在建设中;宜宾基地规划到2023年电解液将达产24万吨/年;海外基地选址匈牙利,规划产能为10万吨/年。客户包括宁德时代、SK、星恒、力神等头部电池企业,并有多家欧美企业客户。


            产品矩阵方面,昆仑材料产品体系布局较广,电解液产品包括二次锂电、一次锂电、钠电电解液,以及部分钠电材料,同时还研发固态电解质、电解液核心材料、燃料电池材料等。


            吕亮表示,昆仑材料希望以先进技术为根基,做国内顶尖的电解液供应商(努力于2024年进入行业第一集团),做国际一流的固态电池(电解质)和燃料电池材料供应商,做国内一流的正极前驱体材料供应商,推动和引领新能源产业的技术和市场变革!


            稿件来源: 电池中国网
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