衡川新能源杨柳:长寿命高安全储能系统隔膜匹配方案-中国储能网
2023 06/02 10:45:34
来源:中国储能网

衡川新能源杨柳:长寿命高安全储能系统隔膜匹配方案

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作者:中国储能网新闻中心

  中国储能网讯:5月24~26日,由工业和信息化部节能与综合利用司与国家能源局能源节约和科技装备司联合指导,中国化学与物理电源行业协会主办并联合240余家机构共同支持的第十三届中国国际储能大会在杭州召开。

  来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的1011余家产业链供应链企业,5417位嘉宾参加了本届大会,其中245家企业展示了储能产品,可谓盛装出席,涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证等新型储能全产业链。

  5月25日下午,泰州衡川新能源材料科技有限公司高级开发经理杨柳受邀在长时储能技术及应用专场分享了主题报告,报告题目为《长寿命高安全储能系统隔膜匹配方案》。以下是报告主要内容:

  杨柳:尊敬的各位领导、各位专家,各位与会嘉宾,大家下午好!

  我是来自泰州衡川新能源材料科技有限公司的杨柳,很荣幸有机会与大家共聚一堂,共同探讨储能相关的领域知识,今天我给大家带来的是“长寿命、高安全储能系统隔膜的匹配方案”,主要运用在电化学储能的锂离子电池方面,请各位专家多多指正。

  今天我将从几个方面给大家具体分享一下隔膜在电化学方面的应用,首先是电化学储能的现状,这里只做简单陈述,在此之前各位专家已经分享了很多。电化学储能从2022年累积数据来看,目前达到40多个GW,在2022年年增长率达到了200%的恐怖增长。锂离子电池在其中的占比一直呈现出超过九成的比例,预计在2030年左右可以超过100个GW,这是目前行业大致的现状。

  锂电池储能呈现一个快速增长的趋势,但是我们目前面临的问题也是不容小觑,大家主要面临的问题可能会围绕循环寿命、安全特性,包括成本价格,技术门槛等等,这些都成为锂电储能的巨大挑战。以循环寿命为例,目前市场上大致运用了一些磷酸铁锂电池、三元电池,包括铅酸电池的循环使用寿命都有一定的限度。面临容量衰减之后,我们可能会面临电池死亡,甚至安全等问题。

  影响锂电池寿命及安全性能的影响因素有哪些呢!这是我们锂电人需要进行深度思考的问题。从锂电池的结构来讲,大致可分为正负极、隔膜、电解液、外壳部分。每一个组成都会对锂电池循环及安全问题带来影响,需要各领域的专家们去探索和解决。

  泰州衡川新能源材料科技有限公司是一家专注于生产锂电湿法隔膜的高新技术企业,对于隔膜层面,我们也面临着巨大的挑战。来自于市场对锂电池的要求,要求能量密度高,安全性能以及长循环寿命,包括低的自放电要求,隔膜在这些条件的基础上也面临着巨大的挑战,隔膜也逐渐走向轻薄化,对应提升电池的能量密度,高强度以及耐热性能对应的电池安全性能的要求。高保液性能针对于电池长循环寿命的发展。

  面临这些挑战,同样也展望着一个千载难逢的机遇,回看整个电池的成本构成,隔膜材料一直保持一个稳定的占比,随着新能源汽车行业的飞速发展,电化学储能逐步迈入产业规模化的发展阶段,隔膜行业必将再次迎来春天。

  直面挑战和机遇,针对长寿命、高安全的电化学储能系统,衡川对隔膜提出了自己的思考。基膜方面,通过配方与工艺的双重优化、多层共挤、以及PP湿法技术,研究出了多款高机械性能的基膜。采用超低热收缩基材加特殊的涂布配方工艺,专门开发了超低热收缩涂布膜。除了研发方面,衡川对制膜全过程的品质管控,也力求趋于完美。考虑到异物对于电池长循环及安全性能的影响,除常规检查、测试项目以外,衡川还专门建立了异物管控体系,尤其是对磁性异物的管理,我们成立了专业小组,从人机测法环的角度,制定金属异物地图及FEMA,全方位的进行预防和管控。

  衡川隔膜的开发,在储能方面,我们主要是针对于9μm、12μm以及14μm,16μm的基膜一般不增加涂层,主要在高强度和高穿刺性方面做到了业内目前之最。最左边16μm的基膜,目前的针刺强度可以做到900gf,业内目前普遍在800gf左右,这是十几个点的提升,相信对于电池的耐针刺,破坏性针刺结果会更优。而且关于基膜热收缩我们做了大量研究,测试基膜105℃热缩,平均水平在2%以下,包括双向的拉伸强度可以达到3000kgf/cm2,目前在储能领域应用较多。

  同时利用配方和工艺的匹配性,可以对隔膜的性能进行一定的微调,在保证高机械强度的情况下,同时保证孔隙率和热收缩性能。

  第二个向大家展示的是多层共挤技术。共挤技术来源于客户端需求的低闭孔温度和高破膜温度区间的差别,普通隔膜的基材是PE,根据PE材质的基本特性,它的熔点大致在135℃左右,所以我们如果纯粹用PE基材料做隔膜,它的闭孔温度只能做到135℃-140℃。通过多层共挤技术,我们可以引入不同的原材,把破膜温度和闭孔温度拉开一定的区间,让电池处在一个更安全的工作状态。

  这是我们做的超低热收缩的基材,目前隔膜行业,大家都在测90℃、105℃及120℃热收缩,衡川除此之外还在研究130℃热收缩,什么样的基材在不增加涂覆层的情况下,能够把基材料的热收缩做到更好,加以匹配不同的涂布层之后,热收缩能够达到一个更长时间运行的水平。与同行和市场对比,目前市场上130℃热收缩能够做到的水平是15%左右,目前通过研究衡川可做到5%以下水平。

  接下来是关于高温氧化铝涂布膜的涂层介绍,目前市场上用的较多的是130℃热收缩,这是为了符合电池的运用环境,包括一些电解液、正负极的解析温度都在130℃,但是为了更高的安全性,我们致力于把隔膜的热收缩做得更高,使电池处于更稳定的运行状态。关于105℃热收缩,可以明显看到在高温烘烤之后隔膜的尺寸没有明显发生变化,包括隔膜表面褶皱的情况,依旧保持平整状态。

  衡川是做高性能锂电池隔膜技术的创新者,目前的累计投资达到60多亿,今年的产能是9亿㎡,明年产能释放将会达到20多亿㎡,目前的基地是2000余亩,成熟产品达到60+,包括专利以及研发都配备了非常成熟的团队。

  衡川是2018年建立,隔膜是一个重资产行业,我们从2018年与政府达成合作陆续引进了中关村投资、红杉资本投资确保整个隔膜基地的建立。目前衡川具有三个基地,包括泰州总部、江西宜春和安徽安庆基地。泰州总部目前具备9亿㎡产能,江西规划产能18亿㎡,安庆规划产能33亿㎡。这是衡川目前产能规划,在2023年年底,会释放到20多亿㎡,在2025年有望建成100个亿㎡的大型锂电隔膜生产商。目前我们的产品结构,从基膜到涂覆膜达到全流程生产,衡川致力于5-16微米的基膜生产及各种涂布膜、PMA涂布、超薄纤维涂布膜等。

  接下来为大家分享的是衡川的设备,从目前整个隔膜行业来讲,普遍使用4米+、6米+的拉伸产线设备。衡川于2018年提出了成品宽幅7.5米,整体设备宽度是8米+的大宽幅产线。设备优势带来的必将是成本的优势。产品宽幅翻倍,但员工人数不需增加,在仅能耗增加20%以内的情况下,产能翻倍,从而可以达到降本目的。

  最后总结一下我们的特色,大致分为以下几项:产线设备的三次自我迭代(全流程、全工序、关键装备自研);在锂电隔膜运用场景知识储备丰富,可深度定制化产品输出;产品特色明显,包括热收缩低、机械强度及抗重物冲击安全性能高,可达到业内较高水平;完善的品控保障体系以确保隔膜产品质量满足客户及市场的使用需求;研发团队成员知识储备及经验丰富,自2010年起在新能源化学等领域已经开始相关研究。

  以上是我今天的分享的全部内容,感谢大家的聆听。

【责任编辑:欧阳勇】