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中国急需攻克的核心技术:国产锂电池隔膜与燃料电池3种关键材料
2018-07-14 | 编辑: | 【 】| | 供稿部门:规划战略与信息中心
    

国产锂电池隔膜急需突破与投产

  从事新能源材料研究20多年的南开大学新能源材料化学研究所所长、博士生导师周震认为:锂电池的基础材料研究,我们与世界一流水平还有差距,尤其高端电池隔膜材料仍然依赖进口 

  在周震等业内专家看来,作为新能源车的心脏,国产锂离子电池(以下简称锂电池)目前得还不够稳。 

  1、跨越太平洋的“四国游戏” 

  在锂电池领域存在着一个跨越太平洋的四国游戏从行业角度来看,美国有比较强的研发设计能力,目前仍然引领锂电池原始创新、核心材料研发;日本作为电池材料制造大国,生产规范严格,能够最先制造出新的成品电池;我国和韩国作为第二梯队,后续跟进……” 

  周震解释说,相较日、韩,我国的低端锂电池产品更有优势,主要是由于人工和原始材料相对便宜,但是在部分高端产品,尤其是事关电池安全性的核心材料和制造工艺,仍有较大的差距。 

  据了解,电池四大核心材料中,正、负极材料、电解液都已实现了国产化,唯独隔膜仍是短板。国产隔膜主要供应低端3C类电池市场,高端隔膜目前依然大量依赖进口。 

  核心专利缺乏,隔膜等关键材料不给力,不仅成了国产锂电池难以承受之痛,也拖了国产锂电池企业走出去的后腿。 

  2、一层薄膜两重天 

  高端的隔膜一般附带有陶瓷材料,如果电解液温度过高,材料膨胀,孔隙会像闸门一样关闭,切断离子交流,从而避免电池因温度过高而起火爆炸。 

  周震介绍说,隔膜是锂电材料中技术壁垒最高的一种材料,其技术难点在于造孔的工程技术、基体材料,以及制造设备。技术要求高,价格自然也就贵,差不多占到了电池总成本一成以上。 

  目前,世界上最好的锂电池隔膜材料出自旭化成和东燃化学两家日本公司,而国内锂电池铝塑膜市场九成份额也被昭和电工等日本厂商垄断。 

  天津力神公司的工程师告诉记者,与日本相比,我国的高端隔膜差距明显。国产隔膜产品一致性不高,存在孔隙率不达标,厚度、孔隙分布以及孔径分布不均等问题。 

  隔膜的品质直接影响电池容量、充放电循环寿命、阻燃止爆安全性能等指标。业内人士感慨:一层隔膜两重天,迈过去就是晴天! 

  3、国产隔膜急需突破 

  我国在干法工艺上已迈入了世界第一方阵,但在湿法隔膜领域,国内企业虽掌握方法,但整体仍难以与外国巨头抗衡,此外,核心生产设备也主要依赖进口。 

  有电池行业协会据此估算,我国未来每年需要的高品质车用动力电池隔膜材料需求量将达到数亿平方米。 

  锂电池发展要想不受制于人,隔膜等高端材料无法回避!天津巴莫股份有限公司总经理吴孟涛认为,如此巨大的市场需求,完全依赖外国厂商,不仅不现实,也将是国产动力锂电池最大隐忧。 

  高端隔膜技术具有相当高的门槛,不仅要投入巨额的资金,还需要有强大的研发和生产团队、纯熟的工艺技术和高水平的生产线。 

  周震认为,国内隔膜企业要想有更大的作为,必须要在基础材料表面处理工艺、胶粘剂配方工艺、产品冲压拉伸等涉及材料、设备和工艺控制等三大领域补课 

  此外,在隔膜产业链上游,包括国产涂布机等在内核心生产装备也需要迎头赶上,尽快实现国产化更大突破。 

  好比登山,离山顶越近成功登顶的希望就越大,而这时需要付出的努力也多!周震说道。 

    

燃料电池的3种关键材料急需突破与投产    

  前段时间,国务院总理在日本丰田汽车北海道工厂参观考察了氢燃料电池车。这一举动,被解读为对氢燃料电池车产业释放出利好信号。 

  一个有些尴尬的现实是,国外的燃料电池车已实现量产,但我国车用燃料电池还处在技术验证阶段。南方科技大学机械与能源工程系教授王海江指出,我国车用燃料电池的现状是——几乎无部件生产商,无车用电堆生产公司,只有极少量商业运行燃料电池车。 

  1、燃料电池是一支队伍 

  一般来说,单节燃料电池的电压偏低、电流偏大,在实际应用中需要由多节燃料电池串联形成电堆,以提升输出电压。 

  氢燃料电池的动力来源是氢气和氧气,两者会在燃料电池中开始它们的奇幻旅程:氢在阳极催化作用下氧化,生成质子和电子;电子经外电路做功,到达阴极;而质子通过质子交换膜从电池内部传输到阴极,质子与电子在阴极汇合并在催化作用下与氧反应生成水。 

  看起来似乎只是初中化学知识。但实际上,燃料电池的运作,是一个系统工程。 

  燃料电池车是新能源车的一种,它是未来的发展方向之一。中科院大连化物所燃料电池研究部部长邵志刚说,2014年年底,日本丰田公司宣布实现燃料电池车的商业化;而在国内,一切尚处于起步阶段。 

  2、关键材料还缺批量生产线 

  车用燃料电池,一般为质子交换膜燃料电池。它有两大关键部件,一个叫膜电极组件,一个叫双极板。前者其实是由三兄弟构成:质子交换膜、催化层和气体扩散层。这些关键材料,决定着燃料电池的寿命和性能。 

  巧妇难为无米之炊。我们的关键材料长期依赖国外,一旦国外禁售,我国的燃料电池产业便没有了材料基础支撑。清华大学氢燃料电池实验室主任王诚说。 

  其实,这些材料我国并非完全没有,有些实验室成果甚至已达到国际水平。但是,没有批量生产线,燃料电池产业链依然梗阻。 

  特别是在气体扩散层量产技术方面,我国还是空白。这是因为气体扩散层的石墨化工序需要经过2000℃以上的高温才能制备,但关键设备高温炉技术还掌握在国外手中。王诚解释。 

  3、要商业化,还得强链、补链 

  王海江此番回国,就是想带着在燃料电池领域深耕多年的经验,和团队在深圳建成燃料电池产业链。 

  要打破发达国家的长期技术垄断,就得加大对燃料电池核心材料产业化的投入。接受采访的专家均指出,燃料电池产业链非常长,涉及到氢能系统、燃料电池发电系统以及汽车等终端产品。 

  国内零部件、氢基础设施以及标准规范还不健全,需要强链、补链,带动新材料、新能源、汽车高端装备制造成长,才能促进燃料电池商业化提速。王诚强调。 

 

信息来源:https://mp.weixin.qq.com/s/Ji1CB3-jLJ5JVIHiFL-kQQ

 
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