凭借高纯度和一流的机械特性、热性能以及化学特性,GUR® UHMW-PE(超高分子量聚乙烯)可用于制造高能量密度,适合快速充电的锂离子电池,帮助电动汽车行业实现高安全和高性能之间的理想平衡。

高强超薄隔膜的选择:用于电动汽车锂离子电池的GUR® UHMW-PE

多年来,塞拉尼斯一直坚持追求卓越,创新发展,可提供高纯度、高生产效率的UHMW-PE,以确保电池质量。

创新历史

1953年,德国化学家卡尔·齐格勒(Karl Waldemar Ziegler)发现了一种聚合催化剂,它改变了整个工业化学和聚合物领域,这项发明不仅为他赢得了1963年的诺贝尔化学奖,也成为化学科学史上最成功的创新之一。

当时,唯一可用的聚乙烯是在高温高压下生产的一种低密度超支化材料,因此强度较低。齐格勒在位于德国米尔海姆的凯撒·威廉人类学研究所(Kaiser Wilhelm Institute)发现了一种可以使乙烯在非常温和的条件下聚合的催化剂,由此产生的无分支线性链具有独特性能:极高的抗擦伤性、耐磨性、绝缘性、抗冲击性、韧性、耐温性和耐化学性。

有了这一发现,齐格勒开始寻求工业合作伙伴,以开发一条试产线。在离米尔海姆不远的地方,他找到了鲁尔化学公司(后来归属于塞拉尼斯),该公司愿意与他合作开发这项技术。1955年,他们向市场推出了基于齐格勒催化剂的GUR® UHMW-PE(超高分子量聚乙烯)。虽然GUR® UHMW-PE最早是作为纺织行业织梭的优质解决方案进入市场,但很快人们就发现GUR® UHMW-PE的应用非常广泛,自其诞生以来一直在不断优化,并且成果显著。凭借独一无二的特性,GUR® UHMW-PE成为从人工髋关节植入物到高性能纤维与过滤等许多应用领域的首选材料,也是锂离子电池隔膜的理想选择。早在21世纪初,它就已经在锂离子电池隔膜应用领域证明了自己的实力,并成为该市场的首款超高分子量聚乙烯解决方案。

高强超薄隔膜的选择:用于电动汽车锂离子电池的GUR® UHMW-PE
新一代电池隔膜

隔膜在锂离子电池中起着至关重要的作用。这种具有多孔隙结构的薄膜(一般小于20 μm),被置于锂离子电池的阳极和阴极之间,在确保锂离子快速通过的同时,物理性隔离阳极和阴极,以防止短路。同时,隔膜必须具备良好的机械强度,以确保电池在全生命周期保持性能,并且在遭遇到车祸等极端困境下,也能保证人员安全。此外,隔膜的孔隙结构对电芯的充电速度和使用寿命也有很大影响。需要指出的是,市场对于新一代隔膜的要求变得更加多元和严苛,比如加强隔膜的断路效应,这是一种重要的安全机制,有助于防止电池发生故障。

高强超薄隔膜的选择:用于电动汽车锂离子电池的GUR® UHMW-PE

虽然用高密度聚乙烯(HDPE)或聚丙烯(PP)制造隔膜更简单,但这种隔膜的机械强度不如用GUR® UHMW-PE生产的隔膜。此外,GUR® UHMW-PE制成的隔膜具有更复杂的孔隙结构,可以延长锂离子电芯的使用寿命。

相较于其他大多数聚合物,GUR® UHMW-PE聚合物链要长得多,因此其穿刺强度极高。穿刺强度是隔膜至关重要的一项性能,因为电池的安全性取决于隔膜所提供的绝缘性。凭借高强度特性,GUR® UHMW-PE制造的隔膜不仅更薄,而且其穿刺强度也不受任何影响。隔膜更薄意味着它们在锂离子电芯中所需要的占用空间更小,因此可以实现更高的能量密度,并最终提升电动汽车的续航能力。

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极高的纯度和生产效率

“纯度”是锂离子电芯材料的另一大关键要求。即使是微量的杂质也会导致电芯制造出现问题,并缩短电芯的使用寿命。多年来,塞拉尼斯一直在优化GUR® UHMW-PE的生产工艺,从原材料到催化剂,从聚合到包装,所有工序都致力于实现产品的高纯度。

塞拉尼斯的生产工艺最大限度地减少了产品中金属颗粒的来源。严格的质量检测(包括金属检测)确保我们的产品符合所有特定要求。

我们专有的催化剂技术赋予GUR® UHMW-PE独特的颗粒形态,以便更轻松地将产品加工成缺陷更少的隔膜,从而提高电芯制造效率并延长电芯的使用寿命。

此外,塞拉尼斯还致力于开发可持续的解决方案。我们的最新研发成果包括一种可持续的GUR® UHMW-PE产品:GUR® ECO-B,它采用生物质量平衡法,含有可再生成分并且可减少二氧化碳足迹,从而确保电动汽车生产工艺的每道工序都具有可持续性。

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图1:GUR® UHMW-PE因颗粒形态独特而拥有较大的表面积,所以更易溶解于隔膜制造过程中使用的工艺油,从而提高膜生产工艺效率,并减少缺陷数量。

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遍布全球的生产基地

为电动汽车行业提供支持

自GUR® UHMW-PE问世以来,塞拉尼斯不断地对这种材料进行改进和优化,以满足现代应用在当下和未来的需求。现在,我们为您提供专为高端应用打造的广泛超高分子量聚乙烯产品组合,让您在每一步都获得个性化支持,让您实现设计自由。

GUR® UHMW-PE的分子量从400K g/mol到10M g/mol不等,可以灵活适应客户的不同工艺,让您随心所欲地进行设计,最大限度提高生产率。我们坚持不懈地开展创新,成功缩短充电时间,提高续航里程和安全性能,膜厚度也减少了四分之三。使用GUR® UHMW-PE,可以用更少的材料满足同等的强度要求。

我们的生产基地分布在全球三大战略要地,从而更方便地为各地区客户提供服务。如今,我们正大力投资产能扩建,以满足蓬勃发展的市场对GUR® UHMW-PE日益增长的需求。

 

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质量和性能久经考验的GUR® UHMW-PE仍然充满了发展潜力。自问世以来,我们不断地优化这款独特的材料,不仅取得了显著的成果,而且我们还会继续保持创新,以满足未来的需求。作为唯一一家业务遍布全球的超高分子量聚乙烯供应商,我们致力于为您提供最新的可持续材料创新,让您能够专注于至关重要的电池设计。

来源:塞拉尼斯

原文始发于微信公众号(塞拉尼斯工程材料):高强超薄隔膜的选择:用于电动汽车锂离子电池的GUR® UHMW-PE

作者 808, ab