сепараторов

Современные разработки сепараторов
для литий-ионных аккумуляторов
Salvatore Cardillo
Региональный директор по продажам
Celgard, LLC
INTERBAT 2016
Разделы
• Слияние компаний Celgard и Asahi Kasei
• Технические тенденции в области производства
аккумуляторов
• Полипропиленовые сепараторы
• Покрытия для сепараторов
• Выводы
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
2
Новая организация Asahi Kasei – Celgard
Celgard
President
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
3
Слияние компаний обеспечивает совершенствование
наших технологий по всему миру
Celgard
Hipore
“Влажный
тип”
“Сухой
тип”
сепараторов
сепараторов
Покрытия
для
сепараторов
Объединение марок Hipore и Celgard предлагает самые
лучшие сепараторы с керамическим покрытием
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
4
О компании Celgard
Компания Celgard обладает 40- летним опытом в области разработки, производства и продажи
высокоэффективных мембранных сепараторов. Компания Celgard является лидером среди производителей
материалов для литий-ионных аккумуляторов, предлагая исключительный продукт, надежную поставку, техническую
поддержку.
• Широкое Портфолио Продуктов и Решений
•
Спроектированы для эксклюзивного использования во всех типах электромобилей
•
Установлены на более чем 70 моделях электромобилей в 2015 (HEV, PHEV, BEV)
•
Сепараторы с керамическим покрытием являются уникальной интеллектуальной собственностью компании Celgard
• Техническая поддержка и экспертиза
•
•
Значительные исследования и разработки от нашей команды ученых, инженеров и технических специалистов
•
Тесное взаимодействие с покупателями по оптимизации технического использования сепараторов
Цепочка поставок по всему миру
•
Производственные площадки в Китае, Корее и США
•
Коммерческие и технические услуги по всей Азии, Европе и Северной Америке
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
5
Разделы
• Слияние компаний Celgard и Asahi Kasei
• Технические тенденции в области производства
аккумуляторов
• Полипропиленовые сепараторы
• Покрытия сепараторов
• Выводы
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
6
Распространение
на рынке
График развития литий-ионных батарей
благодаря объединению Celgard и Hipore
Передовые технологии
обеспечивают лидество на рынке
потребительской электроники
Литий-ионные аккумуляторы
входят в фазу высокого роста
Следуя за рынком
электромобилей в общем,
добавляя больше
специфических
характеристик для других
применений
Потребительская
электроника
- Тонкие (5- 9um)
- Высокое напряжение (4.35 – 4.4V)
- Aдгезия
Источники накопления
энергии
- Особо долгий срок
эксплуатации
-Крупноразмерные
- Широкий спектр
эксплуатационных
характеристик
Показывают будущие требования
к аккумуляторам для
электромобилей
Ускоренное развитие за счет
опыта в области
потребительской электроники
Электромобили
- Долгий срок службы
- Крупноразмерные
- Энергоемкость в сравнении с
гибкостью по мощности
Дополнительные технологии
обеспечивают электромобили
уникальными характеристиками
Уровень развития
технологий
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
7
Ключевые характеристики сепараторов
Низкое внутреннее
сопротивление
▪ Сверхвысокая номинальная
емкость
▪ Сопротивление к внутренним замыканиям
Температурная
стабильность
Сопротивление
окислению
•
•
Более долгий цикл зарядки
Производство в условиях более высоких
температур
▪ Использование аккумуляторов при более
высоких температурах
▪ Более долгий цикл зарядки
▪ Более высокое рабочее напряжение
Мембранные сепараторы являются ключевыми при
производстве высокоэффективных аккумуляторов
для любого применения.
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
8
Основной фокус в области современных
сепараторов
Элементы
сепаратора
Важные критерии для
конечного потребителя
Эффективное
действие
Характеристики
Низкое электрическое
сопротивление (ЭС)
1
Мембрана
Тепловая защита
Безопасность
Устойчивость к
окислению
2
Покрытие
Срок службы
Низкая усадка
Обеспечение эффективных характеристик требует
соотвествующего системного проектирования
начиная с мембраны сепаратора
Ранее – основной фокус
для системного
усовершенствования
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
9
Разделы
• Слияние компаний Celgard и Asahi
• Технические тенденции в области производства аккумуляторов
• Полипропиленовые сепараторы
• Покрытия для сепараторов
• Выводы
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
10
Термическая устойчивость: Hot Box Test
PP-based separator is more stable.
R. Smith, etc. AABC-EU 2010
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
11
Сохранение прочности в процессе старения
элементов аккумулятора
• Испытание воспроизводит ускоренное старение аккумулятора в условиях использования при
высоком напряжении и высокой температуре (4.2V, 60C).
• Однослойные 20 мкм ПЭ сепараторы и трехслойные ПП/ПЭ/ПП 20 мкм использовались при
проведении испытаний.
• Механическое сопротивление пленки измерялось на разных стадиях старения.
Сепараторы PP Celgard® показывают
отличную термическую и
механическую устойчивость
Механические свойства ПЭ
сепараторов влажного типа
утрачивают около 30% своей
эффективности по мере
использования в аккумуляторе
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
12
Электрохимическая стабильность
• В процессе подзарядки при высокой температуре (4.25V, 60C) ПЭ сепараторы
«влажного типа» могут демонстрировать утечку тока из-за окисления
электрода
•
ПП сепараторы Celgard® показывают отличную термическую и
механическую устойчивость благодаря сопротивлению окислению
J. Zhang, etc. AABC 2009
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
13
Цикличность (45oC)
• Сепараторы из ПП подавляют разложение и предотвращают падение
емкости.
J. Zhang, etc. AABC 2009
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
14
Механическая, термическая и химическая
устойчивость сепараторов из полипропилена
• Ключевые характеристики:
• Электрохимическая
устойчивость сепараторов
является критичным фактором
• Электрохимическая
устойчивость обеспечивает
механическую и термическую
стабильность и лучшую работу
аккумулятора
• Сепараторы из ПП
демонстрируют превосходную
электрохимическую
устойчивость в сравнении с
сепараторами из ПЭ
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
15
Разделы
• Слияние компаний Celgard и Asahi Kasei
• Технические тенденции в области производства аккумуляторов
• Полипропиленовые сепараторы
• Покрытия для сепараторов
• Выводы
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
16
Преимущества керамического покрытия
сепараторов
Энергоемкость
Системы высокого напряжения
4.2V  4.35-4.7V (и выше... )
Уменьшает возможность
термического скачка
Wh/л и Wh/кг
Однородность
температурного расплава
Низкая термическая
проводимость
Низкая усадка
Уменьшенное
распространение t° очагов
Безопасность
Блокирует кристаллизацию
Повышает смачиваемость
Уменьшает поляризацию
Увеличивает извилистость
Действие
Улучшение качества
мембраны
Останавливает или уменьшает
процесс окисления сепаратора
Устойчивость к высокому
напряжению
Стабилизирует электролит и
защищает от паразитических
реакций
Выброс HF и др. побочных
продуктов, влияющие на
э/стабильность
Дополнительная или
усовершенствованная
функциональность
At the Center of Battery Innovation
Усовершенствованная
электрическая прочность
диэлектрика
Улучшенный интерфейс
электрода
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
17
Повышенная безопасность при аварийном
отключении
1. Рост температуры
перед аварийным
отключением
2. Скорость
отключения
3. Остаточное
разложение
Трехслойный
сепаратор с
покрытием
Основная пленка
14 µm +
покрытие 3 µm
Усовершенствованное
аварийное отключение
сепараторов с керамическим
покрытием
3
2
1
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
18
Дополнительное испытание USABC –
Термическое
Термическая усадка (TMA Analysis)
Термокомпрессионное исследование (250°C за 5
сек)
Пленка
Без покрытия
С
керамическим
покрытием
Диаметр
отверстия
(mm)
14µ
трехслойная
~3.5
14µ
трехслойная +
3µ
керамическое
покрытие
< 0.7
At the Center of Battery Innovation
Изображение
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
19
Разделы
• Слияние компаний Celgard и Asahi Kasei
• Технологические тенденции в сфере производства аккумуляторов
• Полипропиленовые сепараторы
• Покрытия сепараторов
• Выводы
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
20
Выводы
• Применение ЛИБ стимулирует созданий новых конструкций
элементов батарей
• Современные технологии основаны на особых требованиях к
компонентам батарей (включая сепараторы)
• Решения от Celgard, производителя сепараторов:
• Комбинация современных разработок мембран +
поверхностная обработка керамическим покрытием пи
необходимости
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
21
СПАСИБО!
Приглашаем посетить наш стенд 30-31
At the Center of Battery Innovation
© 2016 Celgard, LLC
ALL RIGHTS RESERVED
22