刘睿:在座的各位领导、专家和朋友,我叫刘睿,是来自索尔维特种聚合物,全球电池技术拓展工程师。我会跟大家介绍一下索尔维集团,另外我也会讲一下PVDF在锂电池当中的应用,再就是在电池包当中的一些应用,以及特种化学品的一些添加剂,在电解液当中的应用。
从索尔维集团讲起,我们在中国这边我们是索尔维集团苏微(音)上海有限公司,你不管听到的是索尔维还是苏微,其实它都是一个中文的翻译。
索尔维有150年的历史了,到今天,索尔维还是将创新贯彻在公司整个发展过程当中。2015年索尔维首先投入了阳光动力号这样一个项目。在阳光动力号的项目当中我们不仅是第一个合作伙伴,并且我们也有将近5000件的这样一个产品,应用在阳光动力号当中。我想在座的各位对阳光动力号都有所耳闻。阳光动力号到目前为止是唯一一个不用燃油,只用太阳能和电池储能进行环球飞行的一架飞机。当中的电池产品,也就是锂电池产品也是我们索尔维的PVDF在当中进行了应用。
索尔维集团目前在全球有3万名员工,我们分布在全球的53个国家,全球有21个研发中心,全球去年的销售额是124亿欧元。
索尔维集团的业务由四大部分组成,在每个部分当中我们是以全球事业部这样的方式组合的。我现在要给大家介绍的索尔维的特种聚合物是在先进材料这个部分底下一个非常重要的全球事业部。
讲到索尔维特种聚合物,特种聚合物一个大概的状况,我们在全球有3700名员工,在全球有10个研发中心,我们的业务在全球的分布也是比较平衡的。
为什么我们叫特种聚合物?其实也有一定的道理。索尔维特种聚合物只生产在聚合物金字塔顶端非常小的一部分,如果从量上来讲它肯定不是最大的,但是我们设计的聚合物都是非常特殊的聚合物,并且在非常苛刻、非常特殊的情况下才得到应用的这些聚合物产品,其中就包括今天我给大家介绍的PVDF产品,以及后面我会跟大家介绍的芳香尼龙类的产品。
接下来重点给大家介绍一下PVDF在锂电池当中应用。PVDF在锂电池当中的应用主要包括两个部分,一个是作为粘结剂当中的应用。
大约在15年之前锂电池得到应用的时候,Solef就有一个牌号叫做6010,在这个时候我们意识到了锂电池的应用是一个非常特殊的应用,所以我们在第一代的基础上开发了第二代粘合剂,6020,现在可能还有一些朋友在使用这样的产品,6020年是在6010年做了一个提高。
我们经过这几年的市场考验,我们也验证了这样一个概念在粘合剂上是一个核心,也是将粘合剂的性能实现了一个质的飞跃。
在5130之后,很多人都很熟悉5130,因为在市场上的应用是非常成功的,在5130之后我们到底在做什么?
5130推入市场之后,我们收到的第一个反馈是5130的溶解速度稍长了一些,溶液的黏度稍高了一些。所以我们要针对市场反馈开发了一款更方便加工的Solef512这样一个排号。在512个排号之后,我们又想了,是不是可以把5130的黏结力再提高一些呢?
先和大家分享一下5120的性能,在5120的性能设计当中,我们当时开发5120的时候已经意识到化学感性的作用是非常重要的。所以,我们并没有去掉化学感性的这样一个设计,我们维持了化学感性的设计,保证它在黏结的时候能够提供很强的黏结力。
2、考虑分子量的设计。在分子量的设计上,我们是做了特别的设计,来提高溶解性能,溶解速度更快了,并且溶解了之后,这个溶液的黏度不会特别高。溶液黏度降低之后,固含量就会有所提高。
溶液的速度,我们在实验室里做了不同尺寸大小溶解速度的对比,基本上溶解时间的结果都是差不多一致的。5120这个排号跟5130相比,大概在溶解速度上可以降低40%,与6020,也就是第二代粘结剂相比,溶液度是相当的。
右边这幅图有一个数量级的降低(与5130相比),与6020相比,溶液黏度是基本相当的。
从粘结剂上来讲,我们可以看到左边的这两个柱状图与5130相比,5120的粘接率比5130低一些,我们在使用5120的时候,从我们现在的配方里面可以从70%提高到75%。在黏结力上面也会有一个提高。如果你用了合适的浓度,5120这个排号的黏结力也是非常不错的。
如果再比较右边的这两个柱型我们可以再一次的肯定,如果它与6020相比的话,它的黏结力确实要比6020好很多。
超邦粘结剂(音)比5130有一个非常大的提高,那你用这个的时候有什么好处呢?我们在同等粘结力上面做了一个一个对比,当你用非常低的PVDF含量的一个情况下,你还是可以把PVDF的添加量再次降低40%左右,你相应配方的调整,对于你后续电池能量密度的提高确实是非常有意的一件事情。
2、我们在做研发过程当中所看到的一个很有意思的现象。我想各位如果以后有机会试用这个排号的时候也是可以注意的。在用这个排号当中,我们刚开始用了5%、2%,我们发现它跟5130相比,黏结力没有提高很多。所以就是说,对于每一个黏结力的排号,你可能也需要选择适当的添加量来发挥它最佳的性能。
3、我刚开始没有提到这一点,但是我今天也不会讲太多。
最近我们在做的是关于柔性添加剂的这样一个概念,我想在柔性添加剂这个上面,很多人都跟我们讲是有需求的。在这个方面其实我们一直在开发、一直在研发,这个工作最近我们也有一些突破,可能我会在今年下半年的时候再给大家接着说,我们在柔性粘结剂开发上的一些新的进展。
现在说一下隔膜涂附,目前从世界上来讲主要是分两大块,一块是溶剂型,一块是水性的。可能中国水性比较多,但是国外还是有很多溶剂型的涂附。在水性跟溶剂型涂附方面,我们基本上是一个齐头并进的一个政策。所以,从两方面我们都有一些新的产品的开发。
溶剂型的涂附方面,我们主要是这样一个Solef HASC这样一个型号,后续我们可能也会有更详细的名字出来。我们这次就暂且叫它HASC。
这个聚合物的设计是一个什么理念?我们在想这样一个化学感性的概念是是不可以引到隔膜涂附上来?我们也是把这样一个概念引到了隔膜涂附上,在隔膜涂附当中是不是跟正极符合的时候,这些东西也会起到一定的作用。
2、我们在聚合物组成的时候,我们也是希望在丙酮中可以有一个比较好的溶解。
当我们引入化学感性的这样一个概念之后,就是发现我们基本上解决了之前所说的,与极片之间的黏压力,以及耐化学性,还有耐电解液性。我们引进了隔膜涂附之后,我们基本上是破坏了这个矛盾。
我们现在这个HACS的排号,这个是纯的溶胀数据,这个跟你最终做成的涂层,或者是跟陶瓷做混合之后的溶胀还是有所不一样的,但是在这里看纯聚合物的溶胀数据还是非常有意义的。原先的上一代的溶剂型涂附这个溶胀是有了大幅度的降低。
为什么做隔膜涂附用PVDF?大家都在想我要提高与正极的黏结力,这个黏结力上面来讲,我们也是在低温更高温,应该是中高温下做了两个层压抑层压之后我们可以看看这个黏结力有了很大的提高。这个也可以看到化学感性的作用,在正极黏结过程中起到了非常大的改变。
电解液的润湿性,这里是一个纯涂层。PVDF纯的涂层跟未涂的相比,不管是我们之前的上一代的2126这样一个排号, 还是我们新一代的排号,从润湿性来讲都有了很大的提高。
溶剂型之后我会跟大家简单的介绍一下我们目前PVDF在水性当中的一个开发。
我们索尔维也是首先推出了PVDF在水性当中的一个应用。这个是我们第一代的乳液,我们后续也会研发第二代、第三代。
第一代的乳液是什么情况?其实跟牛两一样,锢含量是在25%左右,你看每一个圆球里面聚合物的设计是怎么样的,目前我们第一代乳液大概有5个产品,这5个产品的设计是最左边的。我们为了配合各个厂家不同加工条件的需求,所以我们设计出了图下这样的5种产品。
我们也做了一些测试,在这样的测试当中首先看到的是与基材表面的黏结力,跟基材表面的黏结力基本上与你的PVDF所用的熔点是相关的。如果你用859的话,在基材表面的黏结力会比较高,它主要是因为是一种定型的材料,在70度干燥的温度下它就没有了颗粒的形状,所以它的黏结力很高,如果使用883这样的排号,你还是会有比较好的黏结力。但是它在70度这样一个状态下,因为883的熔点是100度左右,所以在70度里面,还是能够保持原来的PVDF原形颗粒的这样一个状况。
在层压与正极这样一个复合的过程中我们做了两种复合条件。我们来看一干法复合结果,它基本上是与你干法符合的温度是相关的,你所用的干法复合的温度与你的PVDF熔点相配合之后,这个干法复合的强度就比较高。
橘色的是859,前面已经讲到了是无定型的,所以在任何的温度条件下改变了温度之后,也并不会改变它的复合强度,但是用883的时候,越是靠近它聚合物的熔点,它的变形率就会越高。
我们也知道这是一个有电解液的状态,所以我们认为湿法复合更重要一些,目前我们的第一代乳液,主要是用两个乳液混用的方式,混用是什么概念?有两点非常重要,一个我们要保证它在基材表面的黏结力,如果黏结力不够的话,你再怎么用这个湿法的复合强度也是不够的。
另外一点,我们发现也要控制PVDF的溶胀。859跟838这两个是互相配合的排号。通过这样一个配合之后我们可以发现,它能够达到一个比较好的湿法黏结的一个效果。
这个是我今天主要跟大家讲的PVDF在锂电当中的应用。后面我要提到两点,其实也非常的有意思,大家也可以关注一下。我们索尔维特种聚合物其实在电池模组以及电池包当中也有两种产品在电池模块跟电池包当中进行了应用。
1、高性能的芳香尼龙,芳香尼龙与普通尼龙相比,它避免了水解的现象。另外一点它的强度更高一些。其实它在很多的其他应用当中,在金属件的替代当中都有很广泛的应用。我们想这两点在电池包当中也可以得到展现。
在电池包当中主要是哪几部分?三部分,第一部分是所谓的框架以及结构件,就是所谓的金属件的替代,对于你电池组的这样一个轻化也是有非常重要的一个意义。它的主要性能就是耐化学性,以及阻燃性,还有尺寸稳定性。
2、顶盖这部分,在顶盖这部分来讲,这些材料的阻燃性能以及它耐高电压的性能,它可以耐到600伏以上的电压,所以这个耐高电压的性能也可以在这个应用上有所体现。
3、高压接插件,你的电的绝缘性要非常好,我们通常都是600到800伏,我们有一些特殊排号也可以到800伏以上。
另外一个材料,它有这些优点,一个是稳定性很好,一个是电绝缘性很和,换热效率很高,黏度非常好。
这个是特种化学品这个事业部,他们目前生产一些在电解液当中的添加剂,电解液当中的添加剂有这几个产品,第一个是SA添加剂,主推的排号是SA027,第二个是TFSI,它遇水不会分解,耐高温性能也比较好,第三种是TAB的添加剂。
对于电解液的要是现在越来越高了,所以我们特种化学品这个事业部他们目前也是投入了大量的人力、物提,研发所谓的氟代溶剂(音)。
另外一个是固体电池,我们有一个长远期的研发团队,更长远期,特种化学品这个部门在研发的过程当中他们的产品也会涉及到锂流或者是锂空气。
最后跟大家总结一下我今天讲的四大部分内容,主要的部分还是在PVDF上,在5130之后我们最新推出5120易加工的排号,更强的5130、更强的黏结力的排号。在隔膜涂附方面,我们也是水油并进。油性现在在推的最新牌号是SASC,在水性方面我们也有一系列的乳液的排号推出,以及高性能材料,芳香尼龙和嘎Den在电池包当中的应用,以及在添加剂当中的一些应用。谢谢各位,