宁德时代多功能复合集流体技术解析

复合集流体|宁德时代文章来源自：高工锂电网

2021-09-24 09:42:06 阅读：499

动力电池安全问题日益凸显，如何攻克电池内短路是当前动力电池行业的世界性难题。

电池企业常规的解决电池内短路的方法，一般是通过四大材料的性能升级，提升电池的安全属性，但有可能会对电池的循环寿命、能量密度等性能产生一定影响。

而且，常规内短路防护方法一般仅能延缓电池内短路引发热失控，而无法彻底解决该行业难题，存在较大局限性。

在此情况之下，基于提升电池能量密度和安全性能的需要，常规的内短路解决方法已经无法满足动力电池大规模制造和装机应用的需求，寻找新的内短路解决方案迫在眉睫。

对此，宁德时代研发的新型创新技术——多功能复合集流体技术，突破了传统内短路防护技术难以兼顾电池比能、寿命等性能的技术瓶颈，目前已经批量生产并应用于大批主机厂。

据悉，多功能复合集流体技术，是宁德时代首创的具有“高安全、高比能、长寿命、强兼容”四维优势动力电池革新技术。

该技术的创新性在于：

1、革命性高安全技术：率先实现考虑铝箔通过热-机械载荷断路的电池内短路模拟仿真，引入真空气相沉积技术，在材料和结构上彻底颠覆了传统集流体，全新构建了“金属导电层-高分子支撑层-金属导电层”三明治结构复合集流体。

通过金属层与高分子层机械-电-热性能的多重耦合关系，突破了传统集流体功能局限，在“点接触”内短路时，导电层在短路点受力开裂剥离或在短路大电流瞬间熔断，毫秒内切断短路电流回路；

在“面接触”内短路时，支撑层在短路面受热熔融收缩形成集流体结构局部坍塌，在热失控前切断短路电流回路。在业内率先解决了高镍电池内短路难题，并通过莱茵TÜV认证。

2、高可靠性集成技术：集成纳米铆接和三维导电修复技术，将金属层与高分子层间结合力提升1个数量级，同时修复金属层表面因微裂纹诱发的导电衰减，解决复杂工况下层间剥离、导电衰减等导致的可靠性难题，可实现15年使用寿命。

3、高效精密制造技术：研制了原位钝化和连续辊焊工艺和装备，攻克了集流体因材料和结构颠覆难以规模化量产的短板，生产节拍达到20ppm。

该技术的先进性在于：

1、高安全：突破了传统内短路防护技术仅能延缓内短路引发热失控，并降低甚至极大牺牲电池比能、寿命及增加成本等为代价的技术瓶颈，彻底解决了电池因内短路易引发热失控的行业难题。

2、高比能：复合集流体中间层采用轻量化高分子材料，重量比纯金属集流体降低50%-80%。同时复合集流体厚度相比业内同行纯金属集流体减少25%-40%，从而将电池内更多空间让渡给活性物质，电池能量密度实现提升5%-10%。

3、长寿命：高分子材料相比金属具有低弹性模量，围绕电池内活性物质层形成层状环形海绵结构，在电池充放电过程中，吸收极片活性物质层锂离子嵌入脱出产生的膨胀-收缩应力，保持极片界面长期完整性，电池的循环寿命实现提升5%。

4、强兼容：复合集流体能够直接运用于各种规格、不同体系的动力电池，全新独创了一种满足平台化应用需求的技术。