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有机硅材料助电动汽车改善电池设计的解决方案

2018-10-13 05:14:34

特斯拉model 3的火爆预售,使人们再次将目光聚焦于新能源汽车,对于锂电行业的意义在于其采用的动力电池新材料。据介绍Model 3电池技术采用了硅碳负极,能量密度将达到300wh/kg,续航里程约346公里。续航里程的提升得益于硅材料的比容量要远大于石墨材料,而比容量数值的高低直接体现了单位重量电池的电量。

目前市场上使用的石墨负极材料的理论克容量为372mAh/g,硅碳复合材料的理论克容量约为4200mAh/g,高出石墨负极10倍有余。硅碳负极材料的高容量完全能满足纯动力汽车动力电池的能量要求,但是硅基锂离子电池充放电过程产生巨大的材料体积膨胀效应,使得其难以产业化。Model 3电池技术中硅碳负极的应用是硅碳负极材料产业化的重要突破。据介绍,该负极材料加入了10%的硅,能量密度达到300wh/kg,随着技术的推进,硅碳负极材料有望更进一步提升锂电池容量。无机硅材料(负极使用的是硅或者氧化亚硅)为锂电池容量做出重大贡献,那么硅材料另一重要成员——性能优良的有机硅材料,其是否也能助力新能源汽车续航呢?

有机硅以Si-O键为主链结构,侧链通过硅原子与其他各种有机基团相连。有机硅中Si-O键的键能远大于C-C键的键能,所以有机硅产品的热稳定性高,高温下(或辐射照射)分子的化学键不断裂、不分解。它可耐高、低温,可在很宽的温度范围内使用。同时主链无双键存在,不易被紫外光和臭氧所分解。特殊的组成和分子结构使得有机硅集有机物、无机物的功能于一身,具有优异的耐高低温性能、耐候性、电气绝缘性、生物相容性等。有机硅材料已广泛应用于建筑、电子电气,化工等民用方面,甚至在航空、尖端技术、军事技术部门等领域也有大量应用。比如应用于条件极端的外太空或极寒、极热的西伯利亚或撒哈拉都能表现出优异的特性。

电池作为新能源汽车的动力源,除了正极材料、负极材料、隔膜、电解液等电池原材料影响其性能以外,新能源汽车行驶过程中的温度变化,震动,湿气等也会改变电池性能,进而影响其续航能力。科学家对有机硅在新能源汽车上的应用做出了大量探索,道康宁作为有机硅行业的领导者,提出了令新能源汽车跑的更远的材料解决方案。

温度控制

锂电池电解液中的碳酸酯具有较高的熔点,一般当温度低于-20℃时,电池不能正常工作[3];当温度过高时,电池隔膜会熔融造成短路引发电池起火等安全问题。只有保持适宜温度,电池才能达到其最佳性能。道康宁定制的有机硅材料能够有效为电池组及电芯散热,改善电池工作温度。同时,可点胶的流体态有机硅可在电池组形成一个围绕电池芯的热屏蔽,当环境过冷或过热时,电池依然能保持高效运作。

耐久性

新能源汽车日常使用过程中,湿气会引起电池中六氟磷酸锂分解产生HF,震动可能造成极耳等断裂,电池短路,这些最常见的因素均可能影响电池寿命。对此,道康宁提供了“电池组专属定制”的有机硅方案解决方法,为电池的耐久性保驾护航。

绝缘性

电动汽车电池面临的另一层挑战,在于短路和过流,而有机硅材料的绝缘性则恰如其分地应对了这个问题。在电池中应用有机硅,能很好地保护内部关键电子器件、电芯和母线,进而避免电涌和电池起火的风险。

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