昆侖材料呂亮：凝膠半固態電解液已具備研發優勢
日前，在“2022中國（遂寧）國際鋰電產業大會暨新能源汽車及動力電池國際交流會”的“迎接新能源汽車快充時代”主題論壇上，香河昆侖新能源材料股份有限公司技術總監呂亮，就“高能量密度鋰電池安全性電解液設計思路”發表主題演講。
呂亮認為，目前鋰電池行業主要面臨兩方面挑戰。“一方面，鋰電池需要兼顧高能量密度/快充/高安全性能；另一方面，還需要兼顧高性能與低成本，具有高性價比。”
高安全性方面，呂亮介紹了鋰電池熱失控過程，并分享了提高鋰電池安全性能的解決思路。
從鋰電池熱失控模型看，第一階段，溫度達到100℃-150℃，電解液溶劑最先到達燃點；第二階段，達到150℃-200℃SEI膜開始分解；第三階段，達到200℃-300℃電解質開始分解；第四階段，超過250℃，正極、負極發生連鎖反應，最終導致熱失控。
呂亮指出，“實際上，部分溶劑超過80℃就會引發失效第一階段，因此，在開發高安全性電解液時，首先要解決溶劑的影響，要保證其高閃點、高沸點性能，同時還要保證正常的電化學性能。”
針對鋰電池熱失控問題，呂亮詳細介紹了在高能量密度鋰電池安全性電解液上的研發進展和解決方案。
其一，開發新型溶劑N11+含磷阻燃劑FPN。
呂亮介紹道，“應用昆侖材料這一開發思路，熱失控方面，在電解液層面可實現電解液不燃。在電池模組層面，實驗電池體系整個模組熱失控時間延遲約60S，達到約160S，同時能夠通過160℃30min熱箱測試。”
團隊實驗數據顯示，N11相比目前的碳酸酯，在高溫和常溫的存儲性能、膨脹率、容量保持恢復等方面都更具優勢，從而在保障安全性能的同時，兼顧了良好的電化學性能。
其二，開發電解液界面新型添加劑A50。
正負極形成界面保護膜時，新添加劑A50在正極有明顯的氧化峰，能夠優先在正極氧化形成CEI膜，抑制電解液與正極材料之間的反應。硅碳體系應用也如此，同樣能在負極形成穩定的SEI膜，正極形成CEI膜，從而提升整體界面的熱穩定性。
其三，開發凝膠半固態電解液。
呂亮介紹，凝膠半固態電解液GEL-4在70℃和80℃時15分鐘后就開始聚合，且1小時后完成聚合，能夠快速降低電解液的流動性，阻斷鋰離子的傳導，控制電池進一步熱失控帶來的安全風險。目前開發的二次注液二次化成工藝，能夠同時保證電芯循環、倍率等電化學性能有較好的表現。
其四，快充高性能電解液-LiFSi優勢顯著，但問題也亟待解決。
由于高電導率、低粘度、高溫穩定性好，LiFSi已成為優秀的鋰離子電解質鹽，但也存在較大問題，即它的腐蝕性的問題。
呂亮指出，“LiFSi對鋁箔腐蝕問題，在高電壓態下分解產氣問題亟待解決，且LiFSi含量越高，環境溫度越高，腐蝕現場越嚴重。”
為解決這一問題，“昆侖材料開發了新型添加劑N863，來抑制LiFSi的腐蝕，且實驗在高電壓電芯體系下，高溫循環和高溫存儲性能都得到大幅提升。”
此外，針對近期熱門的鈉離子電池研發提出了一些新的思路，呂亮還分享了昆侖材料在鈉電池電解液、凝膠/半固態電解液、全固態電解質等材料領域的創新發展規劃及專利布局等情況。
時至今日，2004年成立的香河昆侖新能源材料股份有限公司，已深耕電解液行業近20年。回顧發展歷程，昆侖材料早在2008年成為北京奧運會供應商，獨家為2008年北京奧運會動力電池提供電解液，2017年電解液產量排名全國第六，產能達8千噸/年。
為滿足市場多元化發展和重要客戶伙伴日益增長的需求，近年來昆侖材料積極布局國內和海外多個基地，為新能源行業貢獻昆侖擔當。其中，香河基地為香河昆侖研究院；湖州基地已投產電解液產能達6萬噸/年，湖州研究院也在建設中；宜賓基地規劃到2023年電解液將達產24萬噸/年；海外基地選址匈牙利，規劃產能為10萬噸/年。客戶包括寧德時代、SK、星恒、力神等頭部電池企業，并有多家歐美企業客戶。
產品矩陣方面，昆侖材料產品體系布局較廣，電解液產品包括二次鋰電、一次鋰電、鈉電電解液，以及部分鈉電材料，同時還研發固態電解質、電解液核心材料、燃料電池材料等。
呂亮表示，昆侖材料希望以先進技術為根基，做國內頂尖的電解液供應商（努力于2024年進入行業第一集團），做國際一流的固態電池（電解質）和燃料電池材料供應商，做國內一流的正極前驅體材料供應商，推動和引領新能源產業的技術和市場變革！
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