電池是電動汽車行業背後的驅動力. 過去的幾十年裡, 由於各大廠家一直在努力追求更大的能量密度, 更長的使用壽命和更好的安全性能, 可充電鋰離子電池技術已取得極大的進步.
2017年3月, 中國國家工業和資訊化部會同其它三個國家部委聯合發布了《促進汽車動力電池產業發展行動方案》. 《行動方案》為中國汽車動力電池的發展規划了三個發展階段: 首先, 持續提升現有產品的性能質量和安全性, 進一步降低成本, 2018年前保障高品質動力電池供應;其次, 大力推進新型鋰離子動力電池研發和產業化, 2020年實現大規模應用;再次, 著力加強新體系動力電池基礎研究, 2025年實現技術變革和開發測試. 所有這些努力都是為了降低成本, 提高中國製造動力電池的性能, 使中國電動汽車產業在全球市場中具有更大的競爭優勢.
挑戰和機遇
但是動力鋰電池的價格目前還很高, 在電動汽車的總成本中佔據整整三分之一, 車主和製造商不會樂意在更換電池上投入過多的資金. 對中國市場至關重要一點是確保消費者不會因為昂貴的電池更換費用而猶豫是否購買電動汽車. 當普通大眾都能負擔得起電動汽車的購買和保養時, 總體銷量增長才能達到目標.
因此, 高效, 強勁的性能對動力電池至關重要, 特別是車輛的純電續航裡程和電池使用壽命的延長. 若能攻克這些難關, 中國的鋰電產業必能在全球市場保持競爭力. 為提高電池性能找到恰當的解決方案成了中國電動汽車行業討論最多的熱點話題之一. 目前, 該領域的討論主要集中在電池原材料, 正負極, 電解液, 隔膜以及電池PACK系統和電池管理系統(BMS)等技術上. 然而, 單個電池外殼的穩定性, 以及其結構上潛在的薄弱點卻常常被忽視, 以致其成為影響電池性能和使用壽命的因素之一.
找出電池的薄弱環節
需要注意的是電池的有一些潛在的薄弱環節. 第一個是容納電解質和電池部件的電池 '罐體' 與電池蓋板之間的接縫層, 罐體常使用整塊深沖鋁板製成. 電池的氣密性能測試在真空室中進行. 若電池中已有電解質, 則隨後將添加比例為3-5%的氦氣進行後續測試. 在真空室中, 小到10-6或10-7mbar·l/s的泄漏情況, 都可以被氦氣測試檢測到.
其它薄弱環節還包括電極, 填充孔和安全氣孔. 在電動汽車應用領域中, 通常都使用聚合物材料來做密封, 但是聚合物的有機成分有隨著時間推移逐漸被降解而老化的風險. 除了電解質泄漏的問題以外(電解質能通過聚合物密封處揮發出去), 電池中一旦有水汽進入, 可能會與鋰鹽產生反應, 生成酸, 比如氫氟酸, 對化學平衡產生不利影響, 降低電池性能, 同時對電池整體也有極強的腐蝕性.
由於車輛行駛過程中會振動, 受熱, 再加上惡劣天氣和街上的塵土等環境問題, 電池在電動汽車中的應用會面臨許多挑戰. 《促進汽車動力電池產業發展行動方案》中指出電池必須確保能在-30℃至55℃的溫度範圍內安全運行1. 在中國汽車工程學會發布的《2016年節能與新能源汽車技術路線圖》中, 電池充電迴圈次數的標準在十年時間內應大於等於4000次2. 因此, 確保電池不滲漏, 與外界徹底隔絕進而使性能達到最優, 對電動汽車製造商而言是一個極為重要的任務.
肖特推出玻璃-鋁密封(GTAS)
通常電池蓋板用雷射焊接技術固定在罐體上, 能形成的氣密的銜接. 那麼聚合物密封處就成為餘下的唯一潛在的泄漏點. 若此處使用先進的新型玻璃-鋁密封(GTAS)材料代替高分子聚合物作為密封材料, 則氣密性問題能夠得到改善. 玻璃和鋁材被用於密封領域是一次創新的設計. 通過不斷調整和鋁材配合的玻璃成分, 使兩種材料的熱膨脹係數相互匹配, 最終達到不可穿透的持久密封效果.
這種工藝被稱為壓縮密封. 當兩種材料受熱時, 金屬的膨脹速度高於玻璃. 然後一旦冷卻過程開始, 金屬也以高於玻璃的速度開始收縮, 會從外側對玻璃施加壓縮力, 電池的電極則被封在玻璃內部. 這個過程產生的壓力可以確保玻璃和鋁合金之間有很強的機械結合. 這對電動車等需要操作元件與電池之間具有極高穩定性的應用場合意義重大.
玻璃-鋁密封——飛躍的進步
玻璃-鋁密封(GTAS)是德國肖特集團電子封裝部門的首創. 其玻璃-金屬密封技術(GTMS)已經大規模地用於汽車感測器, 電容和安全氣囊引發器等電子原件的密封. 肖特的技術人員在對GTMS做了大量的研發工作之後, 開發出了用於鋰電池鋁外殼封裝的玻璃-鋁密封GTAS技術.
用高性能的玻璃-鋁密封技術替代聚合物進行密封, 可以有效避免聚合物隨著時間推移產生的材料老化和腐蝕. 這反過來又可以保護電池內部化學物質的穩定性, 進而確保更長的使用壽命和更高的電池性能. 今年, 中國國內的電動汽車銷量估計將超過100萬台, 中國的電池製造商可以使用這種技術, 更好地為不斷壯大的電動汽車市場服務.
肖特是特種玻璃和玻璃陶瓷領域的領先國際技術集團. 我們在汽車領域擁有數十年經驗, 我們的產品可以為精密的汽車電子器件和鋰電池提供長久可靠的保護.
