Matthias Loeble：科德寶高性能材料陶瓷隔膜提升生產(chǎn)率和電池安全性
5月23日，CIBF2018 第十三屆中國國際電池技術(shù)交流會展覽會在深圳會展中心開幕。德國科德寶高性能材料Matthias Loeble在技術(shù)交流會上發(fā)表主題演講。以下是演講正文：
非常感謝我有這樣的機會來到大家的面前，也非常感謝主辦方。我今天要講的是關(guān)于隔膜陶瓷材料提高生產(chǎn)率和安全性。
這是我們的公司，我們在世界上有很多布局，在很多國家有30個部門，我們有不同的部門，在服裝、商業(yè)，在各個方面，我們的團隊比較大。我們有38個不同的公司，這個是我們的紡織行業(yè)的隊伍，他們有著非常多的專業(yè)、非常大的專業(yè)。我們不僅生產(chǎn)隔膜，也做了40年的產(chǎn)品，同時，我們在不同的產(chǎn)業(yè)也有布局，我們在汽車、衛(wèi)生、醫(yī)療各個方面專業(yè)領(lǐng)域方面都有很多的布局，如果大家想了解我們，可以去我們的展臺，我們還有燃料電池的各個組件。我們的FPM已經(jīng)提供了電池的隔膜，有超過40年的歷史，這是我們的隔膜，擁有40年的歷史，不僅是做鋰電池，還有為鎳電池、固態(tài)電池等各個方面都提供各種解決方案。
鋰電池的解決方案，我們有專業(yè)的方法進(jìn)行制備。我們用PVT的纖維，有無紡布的技術(shù)和產(chǎn)品。同時還有各種隔膜材料，對于鋰電池來說是很好的材料選擇。左邊的材料是顯微鏡下的無紡布表層，無紡布表層情況看一下。這里看到低于200度情況下沒有熱收縮的情況，而且是超細(xì)的，20微米，這是聚酯支撐的非無紡布材料，同時還有各種制漿，陶瓷粒的熔點大于1000度。Cross Section剖面圖（PPT）。這是新型隔膜材料，用于鋰電池有非常獨特的微結(jié)構(gòu)，同時它非常靈活，有孔隙的陶瓷，而且它是聚酯材料。這是基于陶瓷的隔膜材料，能夠得到纖維的加強，是非常靈活的自我支撐的陶瓷結(jié)構(gòu)。無紡布聯(lián)結(jié)在一起，結(jié)構(gòu)非常靈活。用無機材料聯(lián)系在一起，是一個矩陣。
這頁PPT給大家說了我們用的材料都是非常靈活、柔性的材料，同時也是非常穩(wěn)定的材料。大家可以看到完全沒有收縮，可能都會達(dá)到200度這樣的溫度，完全沒有收縮的情況，你可以得到更好的表現(xiàn)，比你的競爭者得到更加有濕度的表現(xiàn)性能。這是我們的微環(huán)境，在120和150度的條件下進(jìn)行干燥，完全沒有任何的變化，這就是我們兩個產(chǎn)品進(jìn)行干燥的過程，這兩張圖的值都是保持恒定的。即使是在非常高的溫度下，沒有任何的萎縮，沒有縮減，即使是在干燥的情況下它的表現(xiàn)性能依舊是非常良好的。現(xiàn)在這張PPT能夠讓大家理解一下。因為我們知道鋰的薄膜有老化，還有一些其他的問題，對于隔膜，它會有些我們做的變化。在左邊是用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行正負(fù)極，可能會有短路的情況。鋁箔可能會發(fā)生一些問題。用我們的產(chǎn)品選擇，就完全會避免相關(guān)的問題。我們的隔膜會因為鋁箔不被熱度擠壓，我們整體的材料也不會被溶解掉。當(dāng)然可以更好的提供這種薄膜的屬性和它帶來的好處。
熱流問題。這邊有一組材料，我們做了一些實驗，進(jìn)行熱陶藝的檢測，這邊有些樣品會給大家看，我們在8.9安培的軟包實驗，去看到它的表現(xiàn)情況是什么樣子的。從3V到4.2V這樣的方式進(jìn)行檢測。它這個電池是不是有老化的現(xiàn)象，會不會有些腐蝕？這就意味著我們首先看它達(dá)到一個溫度的時候，然后看這個電池會發(fā)生什么樣的情況，如果沒有任何的改變，我們會再繼續(xù)提高溫度。如果確實有些問題，這就意味著溫度的提高是因為電池內(nèi)部會出現(xiàn)一些問題，可能會導(dǎo)致潛在的老化的情況，這種情況下，我們就需要緊密關(guān)切電池的溫度。
左邊的圖，這是我們做的隔膜，而右邊是對比的產(chǎn)品。右邊的圖，它的熱排序，它會有不同的度，首先是加熱到50度，看到是不是有問題，如果沒有問題再進(jìn)行加熱，然后看到90度有第一個項，會有內(nèi)部的變化，這意味著在這個階段最有可能的問題就是離子會有些沉積的反應(yīng)，幾分鐘之后我們繼續(xù)進(jìn)行加熱，第二項就發(fā)生了，就有熱逃逸的情況，電壓就開始下降。如果我們看左邊的圖，其實也是差不多的過程，你看到的第一項，就是在非常高溫的情況下，大概是100度以上，會有些停歇，再進(jìn)行加熱。同時溫度比第一項再次提高，持續(xù)的時間會更長。在第二個項當(dāng)中，沒有任何結(jié)構(gòu)方面的變化，意味著電壓沒有任何變化。在接下來的項就會有些下降。第二項之后，我們再進(jìn)行加熱，因為我們想要去看到這個內(nèi)部發(fā)生了什么問題。到250度的時候，我們就可以看到有些熱逃逸的情況，我們有些問題出現(xiàn)就可以停下我們的實驗，可以看一下結(jié)果是什么樣的。首先要減少或者延長這個熱逃逸的情況，第二點是你也可以去提高溫度，到熱逃逸發(fā)生的時候進(jìn)行檢測。熱逃逸是高溫情況下會發(fā)生的，意味著會有更多的時間能夠讓我們的乘客離開車，如果確實是有交通意外發(fā)生，那意味著會有更多的電池的這種操作的時間。
研究數(shù)據(jù)，這是25微米的研究，這個時間是過充的檢測，如果我們看到它在不同的層狀的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，可以看到熱逃逸所有的影響。大概有45分鐘的時間，在整體加熱的過程當(dāng)中，時間還是比較長的，窗口的時間也是有比較好的控制，對于乘客而言他們在熱逃逸發(fā)生之前有自救的時間。另外在過充的階段進(jìn)行電池的檢測，這也是我們?yōu)橐粋€客戶做的檢測。對于這個電池，大家可以看到它是針對于不同電池的尺寸，然后進(jìn)行了相關(guān)的正極系統(tǒng)的檢測，就看到熱逃逸到底什么時候發(fā)生，把熱逃逸盡量的延長時間，可以幫助乘客更好的去應(yīng)對電池發(fā)生的意外情況。另外我們還有循環(huán)周期的測試。
做的這個檢測是用NMC和石墨的正負(fù)極材料，我們用的是3V到4.2V的電壓，充電是2C，放電是3C。大概我們所用的循環(huán)是2500個循環(huán)，這是我們一個新的產(chǎn)品，它是19微米，仍舊在研發(fā)當(dāng)中，但是你可以拿到一些樣品，如果大家感興趣的話，仍舊是相同的檢測路徑。大家可以看到，這些循環(huán)壽命其實還是在進(jìn)行研究的，如果是在85%進(jìn)行充放電的負(fù)電荷進(jìn)行實驗，如果你進(jìn)行5C這樣的放電情況，仍舊可以達(dá)到95%左右的容量情況。隔膜，這是自放電的產(chǎn)品，也是90微米，我們是從4.2V開始檢測，自放電也是比較少的一個。
我希望給大家清楚的介紹了我們的安全性隔膜，因為它對于高能量、更長壽命的使用是非常好的，我們使用了一些陶瓷，同時適度比較高，它的易看度也非常高。
這是我們的微信公眾號，如果大家感興趣可以關(guān)注我們的微信公眾號。感謝大家的聆聽。
主持人：非常感謝您的精彩介紹。所有的這些電池是單一電池，容量很高嗎，9.8安培這樣的高容量電池嗎？
Matthias Loeble：他們確實是單體電池，它有些機密的問題，有些問題沒有辦法和你溝通，但是我可以確認(rèn)這是單體電池。
提問：這個PT膜，強度怎么樣，能夠進(jìn)行正常的電池生產(chǎn)嗎？
主持人：PT上涂了陶瓷。
提問：它的強度會滿足它的生產(chǎn)嗎？
主持人：卷繞法嗎？
提問：卷繞。
Matthias Loeble：PT無紡布的膜附了一層陶瓷，是23個卷繞，PE的厚度是23，無紡布的厚度更小，是23微米。你說的是別的產(chǎn)品嗎？
提問：我是說你使用的膜的厚度，他擔(dān)心強度是否足夠。
Matthias Loeble：在卷繞方面是可以的，有些客戶會使用卷繞的，所以對生產(chǎn)的強度沒有問題。
提問：你剛才提到你的隔膜不會收縮，在200攝氏度以下不會出現(xiàn)這樣的情況，如果我做干的堆疊的電池，我可以進(jìn)行干燥，這個膜還是沒有任何的收縮情況？
Matthias Loeble：我們有時候是在非常低的溫度下，并不是特別高的溫度。它的收縮是175攝氏度下，它的收縮情況我們看一下，如果大家擔(dān)心材料的情況，你可以看到微結(jié)構(gòu)的變化，還有它的性能，就是在200度的時候是沒有對收縮產(chǎn)生任何的影響。
提問：我只是說隔膜情況沒有收縮，不是指電池。第二個問題，你的薄膜是聚酯的膜，是無紡布的基材，它浸潤了陶瓷離子，我的意思是，是不是你使用的聚酯對電解質(zhì)有足夠的應(yīng)對？
Matthias Loeble：當(dāng)然，它化學(xué)上非常穩(wěn)定。
提問：非常感謝你的演講。作為薄膜來說，在鍍層包裹的時候沒有提到涂附的內(nèi)容，現(xiàn)在我們要控制，有幾百PPM。
在這個幅度范圍，這個材料我們建議是先試一下，要進(jìn)行組裝，我覺得首先要把電極進(jìn)行干燥。
提問：你的產(chǎn)品怎么進(jìn)行出來呢？碰到濕度如何控制濕度？
Matthias Loeble：干燥之前有幾百PPM。
提問：有沒有細(xì)節(jié)要注意的情況？
Matthias Loeble：如果你想知道，我們可以私下討論。因為有很多方面的東西要注意，不只是一件事。
（根據(jù)速記整理，未經(jīng)嘉賓審閱）
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