本文转自：重庆日报 用新材料把电池做成“三明治” 渝企攻克新能源汽车锂电池起火爆炸难题 新重庆-重庆日报记者 佘振芳 锂电池容易起火爆炸，是不少消费者购买电动车的顾虑之一。为解决这一痛点，有家渝企用新材料把电池做成了“三明治”，有效破解了这一难题。 近年来，锂电池起火爆炸问题层出不穷，成为很多消费者不愿购买电动车的主要原因之一。 为啥容易起火？遇到激烈碰撞时，电池内部的纯金属集流体破裂，会形成几十甚至上百微米的毛刺，刺穿隔膜，导致短路，从而引发热失控。 如果将纯金属集流体替换成不易破裂的材料，能否解决这一难题？ 重庆金美新材料科技有限公司（以下简称金美），历时近10年研发，将这一设想变成现实，用新材料把电池做成“三明治”，破解新能源汽车锂电池起火爆炸难题。 开发“三明治”材料 直击锂电池爆炸痛点 金美为什么要研发这种新材料？这要从2015年说起。 那一年是业界公认的新能源汽车发展“元年”，锂电池产业方兴未艾。3月，一则三星手机在充电时爆炸的消息，牵动了整个产业的神经。 “必须开发新材料，解决锂电池安全性问题，否则未来将面临发展瓶颈。”当时，河南人臧世伟与某行业头部企业在设备方面有紧密合作，得知对方有这样的需求后，萌生出跨界创业的想法。 客户提出的设想是，将锂电池内传统的铝箔和铜箔集流体，替换成“金属—高分子材料—金属”三层复合结构，以高分子材料为“夹心”层，上下两面沉积金属铝或金属铜，如同“三明治”。 这样一来，电池受到激烈碰撞时，具有弹性的高分子材料薄膜层能起到缓冲作用。内部发热到一定程度，熔点比金属低的高分子材料会变软、熔化，就会为电芯增加一道高分子“保险丝”。而且，复合集流体无法产生大规模金属毛刺，可规避热失控，从而避免爆炸。 臧世伟带着核心成员，全国各地找设备、找材料、找人才，制样品、搞研发，2年后在安徽创立公司，形成试生产能力。 “没想到，搞原始创新研发这么难。”臧世伟感叹。2018年初，以PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）为基材的复合铜集流体样品下线，送到客户实验室封装测试，却遭到“当头一棒”。 产品正常情况下至少要保证2000次充放电循环，而样品在500次循环后，性能就出现大幅下降：拆开后才发现，中间那层基材被熔解，直接塌陷了。 当时，在研发方面已“烧”了3亿多元的臧世伟，感觉“眼前一黑”。 攻克技术难关后 产业化成了“拦路虎” 既然PET不适合作为“三明治”的基材，那就换材料。 纸膜、PI……几乎所有符合要求的高分子材料，团队都找来试了一遍。那段时间，大家昼夜不分，以生产车间为家。 大半年过去，上千次实验后，团队终于发现，以聚丙烯为基材，可拥有较高的耐冲击性，还能抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀。问题迎刃而解，还带来意外收获——以6微米的复合铜集流体为例，除了上下1微米的铜，中间4微米是高分子材料，相比传统集流体重量减轻60%，节约材料成本近50%，能量密度提升5%—10%。 2018年底，金美第一代产品——6微米铜复合集流体和10微米铝复合集流体正式下线，并实现第一次3万辆电动车装机，投入欧洲市场。 “抓紧上量。”客户对装机结果很满意，并提出了更高的要求。 安徽工厂生产能力有限，金美四处寻求能拓展生产研发基地的地方。彼时，重庆、四川、厦门三地同时向这家企业抛出橄榄枝，而重庆深厚的工业底蕴吸引了臧世伟。2019年9月，金美落地重庆，次年下半年厂房装修投用。 落地重庆以来，金美累计在设备和研发方面投入超10亿元。“从小批量到大批量，绝非从1到2这么简单。量产的难度占到整个开发的90%以上。”臧世伟说。 瞄准千亿级市场 将重庆工厂打造为产能输出基地 这种创新产品，生产设备的研发和组装以及工艺开发，全靠自己摸着石头过河，遭遇挫折是常有的事。 设备组装好后的第一次生产，就让大家傻了眼——产品要么变形、要么穿孔，全是废品。 到底哪儿错了？大家将设备拆掉，经过复盘，发现关键问题可能出在沉积系统的镀膜工艺上。 金美采用的是物理气相沉积法镀膜，铜的汽化点是2567℃，铝的汽化点是3550℃，而高分子材料的熔点却在120℃左右，这就导致金属还没汽化，高分子材料往往就已经熔掉了。 诸如此类的技术难点还有很多。团队对生产流程进行重新开发，调整设备结构、架构和沉积方式，加上热管理、冷管理工艺改进，经过近一年时间，才将整套设备改造完毕。 2021年底，生产线稳步试生产；2022年开始，产品陆续量产装车，应用于极氪等品牌车型。也是在这一年，金美有了超千万元级别的营收。2023年，铜、铝复合集流体生产工艺全线打通，铝产线优率达80%以上，铜产线快速爬坡，年产能达到10 GWh电池用量。 “无论产能多少，你们生产线95%的产品，都归我们！”头部客户放出话来。剩余5%的产品，金美用来拓展其他客户，包括消费电池、储能、军工等。 据权威机构预测，到2030年，全球集流体材料应用将形成2000多亿元市场规模。虽然前景可观，产品供不应求，且具有领先优势，但金美并不满足于现状。 “今年开始，我们将研发转向为设备标准化和优率提升。”臧世伟介绍，金美计划将重庆工厂打造成“灯塔工厂”，作为产能输出基地，实现量产爬坡和产能释放的同时，进一步推动产品极薄化、极轻量化开发，未来目标是年产能100GWh电池用量，产值百亿元。 |
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