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锂离子电池干法隔膜和湿法隔膜的区别是什么?
隔膜是锂电池制备的核心,锂电池隔膜一般按照工艺,分为干法工艺和湿法工艺,由此,隔膜产品也分为干法隔膜和湿法隔膜两类。锂离子电池隔膜需要具备的诸多特性,对其生产工艺提出了特殊的要求,而生产工艺包括原材料配方和快速配方调整、微孔制备技术、成套设备自主设计等工艺。
锂电池隔膜成本占电池成本的1/3左右。锂离子电池隔膜材料可以分为:织造膜,非织造膜(无纺布),微孔膜,复合膜,隔膜纸,碾压膜等几类。聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的特点,因此聚乙烯,聚丙烯等聚烯烃微孔膜在锂离子电池研究开发初期便被用作锂离子电池隔膜。
锂电池湿法隔膜和干法隔膜的区别对比
a、干法由于工序简单,固定资产投入比湿法小;但是加工工艺干法的温度等指标控制难,湿法的工艺更简单;
b、干法可以做三层膜,湿法只能做单层膜;(三层膜的优势在于热关闭温度是135度,但是热稳定温度为160度,可以防止热惯性,有25度的空间,更安全)
c、干法和湿法除了加工工艺不同,使用的原料也不同。干法使用的原料是流动性好、分子量低的,所以高温只能达到135度,遇热会收缩,安全性不适合做大功率、高容量电池;湿法使用不流动、分子量高的原料,热关闭温度可以达到180度,能保证大功率锂电池的安全性;
d、在生产一般的锂电池方面,干法具有优势,成本低、污染小、孔更均匀;大功率电池方面湿法有优势,主要是安全性和热收缩性小。
锂电池干法隔膜可细分为单向拉伸工艺和双向拉伸工艺。干法单向拉伸工艺是通过生产硬弹性纤维的方法,制备出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜,在高温退火过程中,获得高结晶度的薄膜。这种薄膜先在低温下进行拉伸形成微缺陷,然后高温下使缺陷拉开,形成微孔。目前中国三分之一以上产能使用干法双拉工艺,产品在中低端市场占据较大比例。
湿法生产工艺,又称相分离法或热致相分离法,湿法工艺将液态烃或一些小分子物质与聚烯烃树脂混合,加热熔融后,形成均匀的混合物,然后降温进行相分离,压制得膜片,再将膜片加热至接近熔点温度,进行双向拉伸使分子链取向,最后保温一定时间,用易挥发物质洗脱残留的溶剂,可制备出相互贯通的微孔膜材料。
湿法生产工艺,不仅可制备出相互贯通的微孔膜材料,而且生产出来的锂电池隔膜具有较高的纵向和横向强度。目前,湿法生产工艺主要用于生产单层的锂电池隔膜。
在物理性能和机械性能方面,干法单向拉伸工艺生产的隔膜更具有优势。然而,采用湿法生产工艺生产出来的锂电池隔膜具有较高的孔隙率和良好的透气性,可以满足动力电池的大电流充放的要求。相反,由于湿法生产工艺采用聚乙烯基材,聚乙烯基材的熔点只有140℃,所以,与采用干法生产工艺生产的锂电池隔膜相比,采用湿法生产工艺生产的锂电池隔膜的热稳定性较差。
锂电池湿法隔膜及干法隔膜的优点
锂电池湿法隔膜轻薄、不易撕裂,但PE熔点为135℃,安全性低于干法隔膜,加之原材料及生产流程不同,综合成本高于干法隔膜;干法隔膜产品熔点高,耐热性、耐高压性及抗氧化性更好,但相对于湿法隔膜较厚,且容易纵向撕裂,对电池企业工艺要求较高。
隔膜是锂电池材料中技术壁垒最高的环节,其性能的优劣对锂电池的轻量化和安全性至关重要。湿法隔膜比干法隔膜在力学性能、透气性能和理化性能方面均具有一定优势,涂覆后可以大幅提升湿法隔膜的热稳定性,总体来说湿法涂覆隔膜具有明显的性能优势。高端消费电池大多使用湿法隔膜,随着动力电池对能量密度要求的提升,尤其是三元电池的广泛应用,湿法隔膜在动力电池的渗透率也将逐步提升。
锂电池隔膜行业特点
从工艺技术进展来看,目前,我国锂电池隔膜在干法工艺上已经取得重大突破,具备国际一流的制造水平,湿法隔膜工艺技术也不断提升,近年来产能产量均稳步增长。而随着湿法工艺技术的不断发展,我国锂电池隔膜行业竞争格局也发生了一些变化。
特点一:湿法隔膜产量占比逐年提升
就工艺本身来看,干法隔膜和湿法隔膜各有优缺点,干法隔膜在生产工艺、成本、环保经济等方面具有较大优势,湿法隔膜则具有短路率低、孔隙率和透气性可控范围大等优点。从目前市场的应用来看,从全球锂电池企业的选择来看,干法隔膜和湿法隔膜并存。不过,近年来随着三元锂电池占比的提高,湿法隔膜产量的占比也稳步提升。最新数据显示,2017年,国内湿法隔膜产量达到8.06亿平方米,占比56%,份额超过干法隔膜。鉴于干法隔膜和湿法隔膜各自的特点,湿法隔膜未来需求将会逐步扩大,但短时间内并不会完全替代干法隔膜。
特点二:出货量企业集中度较高
按照出货量来看,总体上2017年我国干法隔膜和湿法隔膜的企业集中度均较高,尤其是湿法隔膜,前三企业出货量占比达到71%,前五占比达到87%;干法隔膜前三企业占比为42%,前五占比为55%。
特点三:产能区域性明显
从目前我国锂电池隔膜材料企业区域分布来看,总体上集中度较高,主要集中在华东和华中地区,产能比重分别达到48%、27%;华南地区产能占比也有10%,其他地区则都在10%以下。
特点四:企业产能扩张加速,未来竞争加剧
根据资料整理,截止到2017年底,国内已经确认投产的锂电池隔膜产能约为29亿平方米。按照目前的产能来看,产能较大的企业主要有湖南中锂、上海恩捷、星源材质、中兴新材、天津东皋、苏州捷力、河南义腾等,产能均在2亿平方米以上,合计产能为19.28亿平方米,占比超过67%。
锂电池中的隔膜对于性能的优劣起到了至关重要的作用,但电池隔膜的生产工艺有多种且非常复杂,干法和湿法制造,锂电池隔膜技术目前已经成熟,无论是干法还是湿法制造的电池隔膜,都能很好地满足不同领域产品的需求。
穿越「无人之境」,别克微蓝的三元锂电池炼成记
雷锋网按,毫无疑问,动力电池系统是新能源 汽车 电气化技术最关键的部分。同时,随着电动 汽车 市场大门进一步打开,近年频发的电动 汽车 自燃事件也无不在挑动公众的神经。
「如何让电池变得更安全」,成为了各大厂商致力去回答的难题。
8月 20 日,雷锋网有幸前往上汽通用 汽车 动力电池发展中心参观。作为别克品牌“电动化、网联化、智能化、共享化”战略布局的重要落子,别克微蓝 7 和微蓝 6 PHEV 车型的电池组,以及电池组生产线的神秘面纱也由此揭开。
事实上,在 2019 年 4 月,别克就已经正式推出了微蓝 6 纯电动车型,这是别克在中国的首款纯电动产品。不过,当时这款车搭载的电池容量为 35kwh,NEDC 续航里程仅为 301km。
在刚刚过去的 7 月,别克推出微蓝 6 PHEV,搭载别克全新的 eMotin 智能电驱系统。同时期,纯电动 SUV 微蓝 7 问世,基于通用第二代纯电动平台,搭载 55.6kwh 电池组,NEDC 续航里程达到 500km。
不同于大多数车企单纯的向电池供应商购买电池进行组装,上汽通用 汽车 更偏向于深度参与电芯开发的方式,与电池供应商长期合作开发电池。
比如,上文所提到的别克微蓝7和微蓝6 PHEV选用的三元锂电芯,均在LG化学的技术基础上进一步优化了配方与设计,从而使电池的能量密度更高,寿命更长。
微蓝7(左)和微蓝6 PHEV(右)搭载新一代模块化高性能三元锂离子电池组
从某种程度上来说,温度异常是电池安全事故的最大的诱因之一。
对此,别克微蓝7和微蓝6 PHEV动力电池系统采用了通用 汽车 专属的电芯级智能温度管理系统,并根据两款车各自的结构、造型、性能和其他需求进行了度身定制。
微蓝7的每两片电芯间会布置一块导热片,导热片直接与电池组底部的水冷结构相连,可根据电池工况实现主动冷却或加热。电池组底部的水冷结构进出水管采用双流道蛇行设计,更利于电池模组的温度管理。而且,别克微蓝7的电池组还在电芯间使用泡棉隔绝散热,缓解电芯后期充电时膨胀,从而引发安全隐患。
微蓝6 PHEV电池组则采用了通用 汽车 专利的片层液冷技术,每两个电芯之间都夹有带毛细液冷管道的导热片,厚度仅为0.2毫米,冷却液在毛细管道里流动可加快热量的传导。
微蓝 6 PHEV 电池组冷却片
据介绍,这两款电池组的温度适应范围均在 -35℃~55℃。
在用材方面,微蓝7和微蓝6 PHEV的动力电池应用轻量化复合材料,因此电池包的造型比较紧凑轻薄,IP67级密封设计则可保证防尘,以及车辆在涉水时的电池组安全运转。
微蓝 7 电池包底部还采用带加强筋的钢制托盘设计,减小碰撞给电池组带来的伤害。整体车身方面,微蓝7采用高性能BFI一体化车身结构,高强度钢材应用比例高达78%,这也在很大程度上保护了电池包的安全。
通用 汽车 中国前瞻技术科研中心-电池实验室
在全天的参观中,雷锋网一共实地走访了两个地点——通用 汽车 中国前瞻技术科研中心-电池实验室和上汽通用 汽车 动力电池系统发展中心-微蓝7和微蓝6 PHEV电池组生产线。
首先来说说电池实验室。通用 汽车 在美国和中国都有独立的电池实验室,当中设立了自己的电池试制生产线,用于电池原型开发和各类型的试验认证。在每一款电池投放市场前,通用 汽车 会在电池实验室里进行 3-5 年的电芯验证与测试。
据工作人员介绍,通用 汽车 在 10 年前就已开始对电池实验室进行投入。如今,微蓝7和微蓝6 PHEV的电池可在此通过挤压、碰撞、浸泡、火烧、过充、过放、短路、盐雾等10余类极限试验。此外,电池组还会经历涵盖机械、热力学、电气、寿命、性能等各个方面百余项系统与整车测试。
上汽通用 汽车 动力电池系统发展中心则于 2015 年在上海浦东金桥成立,是通用 汽车 全球第二家及北美之外第一家电池装配中心。
上汽通用 汽车 动力电池系统发展中心
别克微蓝7和微蓝6 PHEV搭载的新一代模块化高性能三元锂离子电池组,正是在这里完成组装生产。
电芯堆垛和电池模组装配过程中,电芯和模组的上料、装配、运输和电池模组测试的全线工艺操作全部由机器人或机械手智能完成,自动化率达到100% ;而且,机器人每一次的上料/下料/搬运过程中精度在0.1mm以内。
据工程师表示,整条生产线下来人工检验员的数量并不多,而且,他们只负责对机器的误操作进行纠正。不过,这两条生产线现阶段并不忙碌,在雷锋网探访的当天下午甚至是「停工」状态。
通过数字化技术的应用,微蓝7和微蓝6 PHEV的关键零部件,不仅在装配过程中实现了数据实时采集、监控和预警,还通过完备的产品信息追溯系统,拥有各自的“身份证”。
比如,经过了全线无误的操作的电芯外包装上会打印一个二维码,只有这些带有二维码的电芯产品才能下线,而且,通过扫描二维码还能对该电芯进行精准溯源,追溯产品在何时何地经过何人之手。
另一个技术亮点是超声波焊接。工程师向我们解释道,使用超声波技术来焊接电芯极耳无熔焊缺陷,而且不会对铝、铜等半导体等材料引起高温污染及损伤,减弱了极耳撕裂风险。
超声波极耳焊接
具体来说,该项技术由工业机器人在视觉系统引导下准确定位,自动操纵超声波焊接头,完成电芯正负极极耳的焊接,使电池模组形成通路。此外,针对不同的材料,可以采用不同的超声波焊接技术。
除电芯之外,模组和电池组的安全测试的评估也不容忽视。为了确保别克微蓝 6 PHEV 的片层液冷导热片和微蓝7的液冷回路系统中没有漏点,模组装配线会采用质量流量法进行泄露测试,提高测试精度、缩短测试时间。
模组焊接质量检测方面,若设备焊接存在虚焊、漏焊等情况,则由人工补焊对该点位进行补焊。正如工程师此前所说的:
事实上,通用 汽车 在新能源上的投入远不止于此。
早在 1996 年,通用 汽车 就推出了纯电动车型 EV1,这款车让通用 汽车 成为了电动 汽车 领域真正意义上的先驱,但由于时机不宜,市场环境不成熟,在随后十余年里,通用 汽车 基本上「放弃」了电动 汽车 。
尽管近年来,通用 汽车 开始加大对纯电动 汽车 的研发投入,但仅仅只是从去年发布的别克微蓝 6 而言,NEDC 续航里程仅为 301km,4 个月后,通用 汽车 再次推出了微蓝 6 纯电动版的新增车型,搭载续航里程也增加至 410km——在电动 汽车 已经成为主流的今天,不少造车新势力已经突破了 600 公里续航,微蓝 6 在这一方面并不具备什么竞争力。
不过,通用 汽车 最近已经宣布推出 Ultium 电池系统和第三代全球电动车平台,别克微蓝 7 和微蓝 6 HEVP 也搭载了全新一代模块化三元锂电池组——通用 汽车 也算是迈出了好的一步。
电动车三元锂电池怎样判断好坏?
购买锂电池前先看看其使用的电芯是不是A品,电芯的质量决定这电瓶的质量,如容量和能量密度等,其次找个大厂家出品的锂电池,生产工艺成熟,售后有保障,锂电池市场参考价1250元/KW.H。如果你需要跑长途,最好装一台增程器,有了它不怕半途没电,它能助你驰骋无忧。
由于低速电动四轮车的续航里程还是比较有限的,不能完全满足大众的日常出行需求,如果想要增加其续航里程,可以装上一台增程器,以此来增加其续航里程,增加其活动范围,满足大众日常出行需求,实现出行往返自如,不再因半途没电而举步维艰。
增程器可以直接找厂家购买,厂家直接发货,这样会便宜一些。需选择大厂家大品牌出品的增程器才会有质量、性能、工艺、售后等全方位的保障,不然如果是小作坊式的厂家就容易坏也没有各方面的保障了。
增程器使用建议:
增程器在电量是满格的时候不推荐启动,一般建议在电量只有30%-40%的时候启动是最佳的。满电量的时候启动是没有什么特别好的效果的,为了环境友好,建议在需要的时候启动增程器,电池污染比废气污染更严重,保护电池就是保护环境。不建议在电池没有一点电的情况下使用,增程器启动的时候是电启动,在电池一点电都没有的时候启动可能会打不着火。