动力电池安全依然是当下新能源汽车发展的核心考量因素。据不完全统计,今年1—8月,国内共发生14起新能源汽车燃烧事故,这其中,多数原因都是电池组技术故障所引起的。
高能预警之下,破解动力电池安全就成为产业界关注的重点,围绕于此,有的企业从动力电池内部材料着手研究,有的企业则试图通过动力电池pack环节引入新材料的应用,以此来提升安全性能。
由于在pack环节可以起到导热散热、均衡温度、阻燃防爆、绝缘防水等作用,有机硅胶被看做是提升动力电池安全性“新希望”。包括宁德时代、国轩高科、福斯特等主流电池企业都在探索有机硅胶在动力电池制造中的应用。
机会往往伴随着挑战,尽管有机硅胶对于动力电池的安全提升具有较为明显的效果,但硬币的另一面是,其应用会导致电池包加重,降低单位体积的能量比,最终影响到能量密度。这也成为其产业化应用的最大障碍。
围绕于有机硅胶的应用现状、市场机会以及产业化瓶颈等问题,记者为你揭开有机硅胶在动力电池中的AB面。
阻燃防爆性能优异
有机硅胶是一种含有Si-C键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物,具有耐高低温、电气绝缘、耐腐蚀、抗氧化性、生理惰性等性能优点。有机硅胶企业根据这些特性、动力电池市场不同的类型以及客户的需求,开发出形态各异的产品。目前市场上多见的产品类型有:有机硅灌封胶/填缝剂、发泡硅胶、导热垫片。
记者了解到,目前有机硅胶在锂电中的应用主要在动力电池上,而且以三元系锂电池为主。
浙江凌志新材料有限公司(下称“凌志新材”)总监屠军钢表示,三元18650圆柱、方形、软包等多种电池形态均可适用有机硅胶,目前合作客户对产品都比较满意。
从有机硅胶企业和电池企业反馈来看,有机硅胶在动力电池上的作用主要包括以下三点:
1.导热散热,均衡温度。锂电池的正常工作温度在-20℃—60℃,温度太高或太低都容易引发问题。使用有机硅胶后,根据PACK工艺的不同,有机硅胶灌注、排列在电池包周围的缝隙,为电池包加上一层屏障,即便处于过热或过冷的环境,电池包依然可以稳定工作。
2.阻燃防爆。当电池包中的某一个单体电芯发生极限失效爆炸时,有机硅灌封胶能够隔绝氧气起到防护作用,保护电池包的其他电芯不受影响,不引起整个电池包爆炸燃烧。目前国内硅宝科技、凌志新材两家企业都有这款产品。
值得注意的是,有机硅胶不是万能,当电池包中两个甚至以上数量电芯爆炸,有机硅胶并不能阻止整个电池包的爆炸,只能延缓爆炸时间,这对电动汽车上的乘客来说,即延长了逃亡时间。
3.绝缘防水。有机硅胶的生理惰性保证其在PACK过程中与其余材料的兼容性,加上绝缘的特性可以保护电池内部关键电子器件、电芯和母线,进而避免电池短路,防止电涌和电池起火的风险。另外,有机硅胶憎水,利用这一特性企业还开发出防水产品,在应对台风、暴雨等恶劣环境时,有机硅胶能够为电池穿上一件“防水服”。
市场顽疾待解
有机硅胶虽然在动力电池上具备上述优秀性能,却也给动力电池带来一点“负担”。多家有机硅胶企业、电池企业均表示使用有机硅胶后,电池包加重,降低了单位体积的能量比,最终影响到能量密度。
硅宝科技深圳公司总经理张宗兵认为,有机硅胶产品在锂电市场上还面临两大推广难题:一是如何实现轻量化要求。虽然硅宝科技产品密度已经很低,但应用在电池包中还是会增加电池包5%-8%的整体重量;二是锂电池企业对有机硅认识不足。国内锂电池企业对有机硅产品的选择和使用都不太了解,盲目选择有机硅产品难以达到预期效果,从而对有机硅产品失去信心。
可以说,完成有机硅胶在动力电池中的瘦身任务是眼前有机硅胶企业亟待解决的问题,也是提升其市场利用率的关键。
张宗兵透露,公司在研的新款有机硅灌封胶产品在原有性能不变的基础上,已经又完成瘦身近三分之二的减肥任务,并已取得初步成功,应该会很快推向市场。
深圳市希顺有机硅科技有限公司虽是一家新进锂电行业的企业,但内部人士透露,公司也在着手多种技术路线研究,破解重量之谜。
安全或是能量密度,这是一个问题。事实上,多家有机硅胶企业透露,目前公司的锂电业务比重并不大,如凌志新材此项业务占比在15%-20%。张宗兵表示,有机硅胶在动力电池市场还处于培育和发展初期,公司一直在不断优化产品,并对这一市场充满信心。