怎么搞定固態(tài)電池包，聽聽巴斯夫怎么說
時間:2024-05-11 09:49來源:NE時代新能源 作者:綜合報道
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根據(jù)液態(tài)電解液的比例不同，固態(tài)電池可以分為固液混合電池（也就是常說的半固態(tài)電池）和全固態(tài)電池，其中半固態(tài)電池含有少量的液態(tài)電解液，一般質(zhì)量占比在5%-10%，全固態(tài)電池則基本不含有液態(tài)電解液。
相比液態(tài)電解液，固態(tài)電解質(zhì)在高溫環(huán)境下穩(wěn)定性顯著提高，電解質(zhì)體系更穩(wěn)定，電芯的耐受溫度更高，因此電池包PACK的設計也會有所差別。
在CHINAPLAS 2024 國際橡塑展，巴斯夫首次展示了其與長三角物理研究中心和衛(wèi)藍新能源科技有限公司共同開發(fā)的固態(tài)電池包解決方案。NE時代也有幸與其深入交流，了解其設計的方案思路以及巴斯夫相關產(chǎn)品的應用。
01
半固態(tài)、全固態(tài)電池包方案全展示
本次巴斯夫展示了三款固態(tài)電池相關的樣品Demo，從左到右依次為半固態(tài)軟包電池方案、全固態(tài)方形電池方案和全固態(tài)圓柱電芯方案。
對于半固態(tài)電池包方案，更多強調(diào)輕量化。在極耳連接處采用聚氨酯（Elastan®）灌封以實現(xiàn)固定，絕緣以及極耳處封裝加強；在電芯之間采用微孔發(fā)泡聚氨酯彈性體（Cellasto®）作為抗膨脹緩沖墊；電芯間水冷板采用聚酰胺基材（Ultramid®）擠出工藝制成，以替代金屬材質(zhì)水冷板，可以實現(xiàn)減重55%。
對于全固態(tài)電池包方案，除輕量化外還需重點考慮熱穩(wěn)定性。以全固態(tài)圓柱電池包為例，與以往采用灌膠方案固定電芯不同，本次巴斯夫推出了聚酰胺預發(fā)泡粒料（Ultramid Expand ）制成的圓柱形電池支架取代灌膠方案，在高達120度溫度下依然保證固定強度，同時還可以實現(xiàn)減重25%。
除上述舉例外，據(jù)統(tǒng)計本次所展示的電池包方案中共采用了20多種巴斯夫高性能材料。
02
固態(tài)電池包中耐溫高是優(yōu)點同樣也是挑戰(zhàn)
固態(tài)電池因為熱穩(wěn)定性更高，因此工作時其溫度上限也更高。巴斯夫亞太電動汽車創(chuàng)新中心負責人李鑫博士告訴NE時代，固態(tài)電池的理論上限工作溫度甚至可以達到120度以上。
之所以有如此高的工作溫度主要是因為固態(tài)電池本身耐溫性能提升。
于此同時，也因為更高的工作溫度，固態(tài)電池與傳統(tǒng)液態(tài)電池的系統(tǒng)搭建存在明顯差異化。更高的工作溫度意味著更高效的熱管理方案以及更高的充電速度和系統(tǒng)能量密度。
這也就意味著對于固態(tài)電池而言，不僅是熱管理策略需要改變，此外一些結(jié)構(gòu)性部件也需要提升耐熱性能，如母排、MSD、高壓連接件及其基座架以及上文提到的圓柱電芯的固定支架。
在本次展示的固態(tài)電池包產(chǎn)品中，位于中間位置的全固態(tài)電池包其熱管理方案中便大膽的取消了散熱的裝置，僅保留了PTC加熱部件來確保低溫條件下固態(tài)電池的正常工作。
雖然散熱部件有所簡化，但對于電芯而言，其溫度一致性控制卻不可忽視，這點和液態(tài)電池一樣。因此電芯之間同樣需要隔熱保溫。巴斯夫副總裁蘇榮源介紹到，本次固態(tài)圓柱電池包方案中采用的聚酰胺材料不僅在耐溫、輕量化方面表現(xiàn)優(yōu)異，并且還具備很低的熱傳導系數(shù)，保證工作時低的溫度交換。
對于結(jié)構(gòu)件而言，工作溫度提升后影響最大的就是其絕緣材料，即工程塑料要求的改變。除了耐溫需要提升外，還需要具備無鹵阻燃、橘紅色不褪色等特性來。此外對于匯流排部件，除耐溫要求提升外，還需兼顧復雜結(jié)構(gòu)下絕緣設計方案。
除了所展示的材料應用外，巴斯夫特性材料中國TPU業(yè)務總監(jiān)莊巍博士還透露巴斯夫正在考慮在固態(tài)電池包中增加TPU的應用，如銅排包膠，以應對銅排復雜的彎折需求，并且在未來的1-2年內(nèi)即有希望實現(xiàn)量產(chǎn)。另外，TPU材料已經(jīng)在發(fā)泡阻燃材料上用于保護膜以保證發(fā)泡材料不破損。
能量密度的提升也離不開輕量化。以塑代鋼一直是實現(xiàn)輕量化的一個重要思路。進一步的輕量化則需要依靠工程塑料本身來實現(xiàn)，即更輕的材料。
上文提到的聚酰胺基材擠出工藝的水冷板就是一個很好的以塑代鋼的案例。李鑫介紹到在追求進一步輕量化方面，巴斯夫開發(fā)更低密度的聚氨酯材料，以此制備的導熱結(jié)構(gòu)膠，在保證總用量不變的情況，也可實現(xiàn)減重。
03
技術(shù)和合作模式雙創(chuàng)新
李鑫介紹到，巴斯夫的創(chuàng)新主要體現(xiàn)在兩個方面，一是技術(shù)創(chuàng)新，二是模式創(chuàng)新。
作為材料企業(yè)，巴斯夫能夠提供多種材料解決方案，覆蓋電池包和電芯材料。以本次固態(tài)電池包方案為例，巴斯夫產(chǎn)品在電池包的殼體、上蓋、下托盤、水冷板、水管及接頭、結(jié)構(gòu)膠、導熱膠、母排等領域都實現(xiàn)了應用。
李鑫坦言，固態(tài)電池技術(shù)路線不盡相同，對于巴斯夫而言，則需要更多的從材料層面出發(fā)去適配多種不同的電芯設計理念和技術(shù)路線。中國作為新能源發(fā)展最快也是最大的市場，巴斯夫非常重視在國內(nèi)的技術(shù)研發(fā)投入。巴斯夫副總裁蘇榮源談到了一個數(shù)據(jù)，巴斯夫全球有10%的研發(fā)人員位于中國。
除了技術(shù)模式，固態(tài)電池還需要產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同配合。早在2023年7月，巴斯夫與長三角物理研究中心在江蘇溧陽成立聯(lián)合研究中心，重點在固態(tài)電池和鈉離子電池領域展開合作。此后與衛(wèi)藍新能源合作，共同推出固態(tài)電池系統(tǒng)解決方案。
李鑫透露，三者的大致分工中，巴斯夫?qū)Ｗ⒂诓牧蠈用娴膭?chuàng)新，長三角物理研究中心在物理仿真、物理特性研究方面提供支持，衛(wèi)藍新能源依托自身的電池系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)設計、仿真、制造的能力。三者各有專長而且高效協(xié)同，貫穿電池包的整個創(chuàng)新價值鏈。
(責任編輯：子蕊)
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