用新材料把电池做成“三明治” 渝企破解新能源汽车锂电池起火爆炸难题

近年来，锂电池起火爆炸问题层出不穷，成为很多人不愿买电动车的重要原因之一。

为啥容易起火？遭到激烈碰撞时，电池内部的纯金属集流体破裂，会形成几十甚至上百微米的毛刺，刺穿隔膜，导致短路，引发热失控。

如果将纯金属集流体替换成不易破裂的材料，能否解决这一难题？

重庆金美新材料科技有限公司（以下简称金美），历时近10年研发，将这一设想变成现实，用新材料把电池做成“三明治”，破解新能源汽车锂电池起火爆炸难题。

▲重庆金美新材料科技有限公司生产线。受访单位供图

直击锂电池爆炸痛点，开发“三明治”材料

金美为什么要研发这种新材料？这要从2015年说起。

那一年是业界公认的新能源汽车发展“元年”，锂电池产业方兴未艾。3月，一则三星手机充电时爆炸的消息，牵动整个产业的神经。

“必须开发新材料，解决锂电池安全性问题，否则未来将面临发展瓶颈。”当时，河南人臧世伟与某行业头部企业在设备方面有紧密合作，得知对方有这样的需求后，萌生出跨界创业的想法。

客户提出的设想是，将锂电池内传统的铝箔和铜箔集流体，替换成“金属-高分子材料-金属”三层复合结构，以高分子材料为“夹心”层，上下两面沉积金属铝或金属铜，如同“三明治”。

这样一来，电池受到激烈碰撞时，具有弹性的高分子材料薄膜层能起到缓冲作用。内部发热到一定程度，熔点比金属低的高分子材料会变软、熔化，这就为电芯增加了一道高分子“保险丝”。而且，复合集流体无法产生大规模金属毛刺，规避热失控，从而避免爆炸。

臧世伟带着核心成员，全国各地找设备、找材料、找人才、制样品、搞研发，2年后在安徽创立公司，形成试生产能力。

“没想到，搞原始创新研发这么难。”臧世伟感叹。2018年初，以聚对苯二甲酸乙二醇酯为基材的复合铜集流体样品下线，送到客户实验室封装测试，却遭到“当头一棒”。

正常情况下至少要2000次充放电循环，样品在500次循环后性能就出现大幅下降，拆开后才发现，中间那层基材被熔解，直接塌陷了。

当时，在研发方面已“烧”了3亿多元，臧世伟感觉“眼前一黑”。

攻克技术难关后，产业化成了“拦路虎”

既然PET不适合作为“三明治”的基材，那就换材料。

纸膜、PI等，几乎所有符合要求的高分子材料，团队都找来试了一遍，那段时间大家昼夜不分，以生产车间为家。

大半年过去，上千次实验后，团队终于发现以聚丙烯为基材，具有较高的耐冲击性，还能抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀。问题迎刃而解，还带来意外收获——以6微米的复合铜集流体为例，除了上下1微米的铜，中间4微米是高分子材料，相比传统集流体重量减轻60%，节约材料成本近50%，能量密度提升5-10%。

2018年底，金美第一代产品——6微米铜复合集流体和10微米铝复合集流体正式下线，并实现第一次3万辆电动车装机，投入欧洲市场。

“抓紧上量。”客户对装机结果很满意，并提出了更高的规格需求。

安徽工厂生产能力有限，金美四处寻求拓展生产研发基地。彼时，重庆、四川、厦门三地同时向这家企业抛出橄榄枝。作为传统工业基地，重庆深厚的工业底蕴吸引了臧世伟，2019年9月，金美落地重庆，次年下半年厂房装修投用。

落地重庆以来，金美累计在设备和研发方面投入超10亿元。“从小批量到大批量，绝非从1到2这么简单。量产的难度占到整个开发的90%以上。”臧世伟说。

▲重庆金美新材料科技有限公司，工作人员在操作设备。受访单位供图

瞄准千亿级市场，将重庆工厂打造为产能输出基地

这种创新产品，生产设备的研发和组装以及工艺开发，全靠自己摸着石头过河，遭遇挫折是常有的事。设备组装好后的第一次生产，就让大家傻眼了——产品要么变形、要么穿孔，全是废品。

到底哪儿错了？大家将设备拆掉，经过复盘，发现关键问题可能出在沉积系统的镀膜工艺上。

金美采用的是物理气相沉积法镀膜，‌铜的汽化点是2567℃，铝的汽化点是3550℃‌‌，高分子材料的熔点却在120℃左右，这就导致金属还没汽化，高分子材料往往已经熔掉了。

诸如此类的技术难点还有很多。团队对流程进行重新开发，调整设备结构、架构和沉积方式，加上热管理、冷管理工艺改进，经过近一年，才将整套设备改造完毕。

2021年底，生产线稳步试生产。2022年开始，陆续量产装车，应用于极氪等品牌车型。也是在这一年，金美有了超千万元级别的营收。2023年，铜、铝复合集流体生产工艺全线打通，铝产线优率达80%以上，铜产线快速爬坡，年产能达到10吉瓦时电池用量。

▲重庆金美新材料科技有限公司，工作人员在操作设备。受访单位供图

“无论产能多少，你们生产线的95%产品，都归我们！”头部客户放出话来。剩余5%的产品，金美用来拓展其他客户，包括消费电池、储能、军工等。

据权威机构预测，到2030年全球集流体材料应用将形成2000多亿元市场规模。前景可观，产品供不应求，且具有领先优势，不过金美并不满足于现状。

“今年开始，我们将研发转向为设备标准化和优率提升。”臧世伟介绍，金美计划将重庆打造成灯塔工厂，作为产能输出基地，实现量产爬坡和产能释放的同时，进一步推动产品极薄化、极轻量化开发，未来目标是年产能100Gwh电池用量，产值百亿元。

新重庆-重庆日报记者 佘振芳

原标题：

新能源汽车产业“链事”⑧ | 用新材料把电池做成“三明治”！渝企破解新能源汽车锂电池起火爆炸难题