阿科玛特种材料优化电动汽车电池性能,提高可持续性

来源:阿科玛创新材料 2022-12-27 09:50

2020 至2021 年间,全球电动汽车市场销量增长了一倍,而这仅仅是开始。受欧洲、北美和亚洲对气候和能源危机日益积极的应对政策推动下,预计到2025 年电动汽车和混动汽车的销售量将达到15%,2030 年将达到32%。

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未来十年内,电动汽车和混合动力汽车将会是全球移动出行的主要工具。全球所有大型制造商和主机厂均参与到了这场变革中。如Stellantis集团宣布,预计到2030年,集团在欧洲售出的所有汽车均为纯电动车型,在美国售出的汽车中将有50%为纯电动车型。未来10年面临的主要挑战是提高电动汽车的能效和里程,优化资源,减少汽车足迹。阿科玛将在技术变革中发挥重要作用,公认的专业知识及独特的高性能材料组合使阿科玛成为加速向新能源时代过渡的解决方案贡献者。

预计到2030 年电动汽车的市场份额将达到32%(源自2021年德勤报告)

锂离子电池:领先材料制造商的解决方案和愿景

阿科玛在电动汽车发展方面拥有全球领先的悠久研发历史。我们提供一系列顶尖的材料,改善当前电池性能,为下一个技术突破做好准备。

电池组件内部

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1、母排绝缘层:RILSAN® 或KEPSTAN®,值得信赖的解决方案

为保护与电池连接的铜排(母排),绝缘层的性能至关重要。阿科玛有Rilsan® PA11 粉末及粒料可供选择,以满足浸涂、挤出以及注塑的加工要求。两种产品都具有热稳定性、阻燃性和电气绝缘性,并得到了越来越多制造商测试和认可。随着一些国家的防火标准日益严格,Kepstan® PEKK 提供了替代性解决方案,500oC 耐高温时间长达五分钟以上。

2、冷却技术:保持领先一步

Rilsan® PA11 是经过验证的汽车冷却管路的可靠性材料解决方案,其销售量已占较大比重,在2030 年的增长需求强劲。同时阿科玛正积极研发以应对下一代浸入式冷却的材料解决方案。

3、胶水和胶粘剂来自BOSTIK 波士胶和SARTOMER 沙多玛的先进解决方案

在电池内部,许多胶粘剂是用来确保在极端条件下电池之间以及电池组之间具有持久粘附力。Bostik 已将这一领域作为其创新政策的重点,且正在开发先进的结构性粘结、密封粘结以及导热粘结的解决方案,各大超级工厂正在对这类解决方案进行资格认证。阿科玛还提供Sartomer® 旗下的特种甲基丙烯酸树脂,具有超高强度和灵活性的结构性胶粘剂。这些未来的技术,特别适合电池结构的粘接需求,保证稳固持久的粘性,并能够吸收振动和热膨胀。

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4、电池绝缘涂层:紫外线树脂即将面世

随着电动汽车的出现,用于电池的涂层需要更高水平的性能。光固化解决方案以其干燥速度快、应用方便,吸引了制造商的兴趣,这也是工业效率的关键因素。凭借其旗舰产品Sartomer® 光固化树脂添加剂产品,阿科玛正为该应用开发具有电绝缘性、耐化学性和抗冲击性的高性能解决方案,同时避免挥发性有机化合物的排放。

阿科玛预测到2030 年电池销售额将达到10 亿欧元

电池核心

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1、极片和隔膜涂层:KYNAR® PVDF 的可持续增长

聚偏二氟乙烯(PVDF)是锂离子电池的一种重要材料,对于保护正负极之间的隔膜有至关重要的作用,PVDF不仅保证安全,还能延长电池的寿命。PVDF使活性粒子与正极结合以提高电池的能效。目前,阿科玛是PVDF主要生产商之一,旗下Kynar®品牌对特种牌号的产品开发已超过25年。阿科玛在电动汽车市场实现了长期的两位数年增长,通过加强在电动汽车的三个主要地区(欧洲、北美和亚洲)的生产和研发,保持了强劲的发展势头。因此,阿科玛集团决定2022年将Kynar® PVDF在中国的产能增幅提高到50%,并在2023年前将其位于法国Pierre-Bénite工厂的产能提高50%。

2、碳纳米管Graphistrength®:电极的一大优势

阿科玛是全球为数不多的碳纳米管生产商之一。添加少量该产品到负极,有助于电子流向正极,可显著提高电子导电性,缩短电池充电时间。

3、电解质盐Foranext®:高压电池的先进解决方案

研发更高压的电池是一个重要的市场趋势,因而也提高了电池中电解质盐的要求。通过多年投资开发超纯LiFSI 电解质盐的经验,阿科玛预见到这一需求,超纯LiFSI 电解质盐的导电性比现有解决方案更高,因此在寒冷天气下,性能更稳定,充电时间更短。阿科玛还开发了一种用于电解液配方的LiTDI 添加剂,以提高电解液的耐久性。这一突破性技术将于2023 年上市。

4、创新粘结剂:展望正负极材料的未来

目前Kynar® PVDF广泛应用于锂离子正极粘结剂,为正极活性材料提供很好的粘结作用,同时保持稳定的电化学稳定性。

下一代锂离子电池将采用石墨/硅负极,弥补当前粘结剂的不足之处。这一新兴技术将于2030年占领市场,阿科玛将在专利树脂的基础上开发特级粘结剂,创造巨大的增长潜力。

电动车的平均里程从2015 年的211km 增长到2021 年的350km,增长率达40%。(国际能源署发布的《2021 年全球电动汽车展望》报告

专注电池研发的卓越中心:阿科玛

创新战略的重要资产

电池卓越中心开幕式于2021 年11月19 日举行,阿科玛集团董事长兼首席执行官Thierry Le Hénaff 以及众多客户和合作伙伴出席了开幕式。阿科玛集团在位于法国Pierre-Bénite 的研究中心设立了应用于绿色出行的电池卓越中心。

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这个多技术、多产品空间完全面向开发应用于未来电池的先进材料和工艺。卓越中心被命名为Christian Collette,以纪念2021 年去世的阿科玛集团研发负责人。中心拥有最先进的设备,包括一个干燥室、一条电极涂层生产线和为下一代电解质盐做准备的试点生产线。

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阿科玛团队正与学术和工业伙伴合作解决一系列短期和中期技术挑战:用于下一代活性材料的粘结剂(高镍或高锰)、富硅负极、高压电池和固态电池。

目前制造商可回收的部分占电池重量的 60%,澳大利亚悉尼科技大学可持续未来研究所(ISF)。

阿科玛投资Verkor 公司,助力建设法国电池生态系统

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2021年,阿科玛为Verkor 公司提供了数百万欧元投资,用于开发高性能、低碳电池。通过这项属于技术合作的投资,阿科玛集团计划为这个高度创新的项目提供专业知识和材料解决方案,以加强法国和欧洲的电池生态系统建设。法国初创公司Verkor 在格勒诺布尔建立的创新中心吸引了雷诺集团、欧洲创新与技术研究院(EIT InnoEnergy)、Tokai COBEX 和施耐德电气的投资,Verkor 宣布在法国敦刻尔克附近建立一个超级工厂,预计将于2023 年投入运营。2025 年开始,该工厂将生产30万块电池,相当于50 GWh。这些电池将用于装配100 万辆电动汽车,包括著名的雷诺日产在迪耶普制造的Apline 汽车。

Verkor 位于敦刻尔克的新工厂自2023 年投入运营起将逐步实现的电池产量,相当于50GWh。

电池寿命结束:现在就要做好准备

随着电动汽车出行的快速发展,电池使用寿命结束时应采取什么行动也成为了人们关注的问题。阿科玛制定创新政策时也将这一重大环境问题考虑在内。结合VirtucycleTM 回收计划阿科玛集团正研发电池中Kynar® PVDF 的回收及循环工艺。第一步是在粉碎电池后分离组成电池的各种材料(包括过氧化氢),阿科玛是过氧化氢的主要生产商Bostik 胶粘剂解决方案在过程中也发挥了关键作用,确保了电池组件之间的持久粘附性,同时可以在电池寿命结束时分离电池组件。值得一提的是,阿科玛研发的LiFSI 电解质盐推动了高压电池蓬勃发展,能够进行回收和再利用,这是阿科玛集团的专利工艺,在市场中极具竞争力

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