埃克森美孚化工电池隔膜产品业务专访.doc

混合动力和电动汽车：距离我们还有多远？埃克森美孚化工电池隔膜产品业务专访作者：孙洁文章来源：本刊记者点击数：552更新时间：2008-9-10编者按：自1991年以来，随着新一代小型、轻量化能源，即可充电锂离子电池的出现，才使得曾经大如砖头、携带也像砖头一样笨重的移动电话变成今天这样具有简约外形的小体积手机。目前，这个强大的“小东西”正在为各种小型的新一代设备，如手机、MP3播放器和笔记本电脑等提供动力。人们期待着将来能有一天，它还能为汽车这样的大型设备提供动力，并满足其苛刻的需求。要实现这一愿望，人们还有多远的距离要走？图1：多伦多街道上的Maya-300汽车，它是Electrovaya公司专为城区内驾驶而设计的2008年6月，在“第八届中国国际电池技术交流会/展览会(CIBF)”期间, 埃克森美孚化工向业界展示并介绍了其在混合动力和电动汽车用锂离子电池隔膜开发方面的最新技术成果。该公司的首席聚合物科学家Patrick Brant先生还在展会期间举办的“第十四届国际锂离子电池会议(IMLB)”上，就“锂离子电池隔膜在帮助汽车制造业实现节能减排，以及当前的技术进展状况”等问题做了精彩演讲。借此时机，本刊记者就一些关键话题采访了Patrick Brant先生以及埃克森美孚化工在日本的关联公司东燃机能膜合同会社社长Andrew Malkin先生。AI:两位先生，您们好，感谢您们接受采访。首先，请两位先生介绍一下贵公司此次推出的锂离子电池技术的最新成果，及其所具有的现实意义。Andrew Malkin先生：在本届展会中，我们介绍了锂离子电池隔膜新技术，这一技术是由埃克森美孚化工及埃克森美孚化工在日本的关联公司东燃化学共同开发的。实际上，此次展出的4款动力电池隔膜，其中两款是去年年底推出的，另外两款新型隔膜于5月刚刚推出，它进一步增加了锂离子电池的容量，提高了其动力、寿命和安全性，从而可以使新一代混合动力和电动汽车的能效大为提高。目前，大多数的混合动力和电动汽车仍使用笨重的镍氢电池，如果用锂离子电池替代，不仅可以减小电池的体积并降低重量，还能够提高电池的性能，这一点在便携式电子产品和无线电动工具上已经得到了体现。Patrick Brant先生：早在20年前，埃克森美孚化工和东燃化学就已经研究并开发出了隔膜这一用于锂离子电池的关键组件，并在世界首个商业化锂离子电池的推出过程中起到了关键作用。一直以来，我们始终致力于运用新技术来使新一代车辆更具能效和成本优势，并减轻重量。如今，我们又共同对隔膜这一锂离子电池的关键组件进行了改进，从而显著地提高了混合动力和电动汽车用锂离子电池的功率、安全性及可靠性。这将有助于加快这种更小、更轻型电池在新一代更低排放车辆上的应用。这一新的技术平台使埃克森美孚化工能够针对电池生产商或原始设备制造商（OEM）的特定需求，提供量身定制的隔膜产品，以满足新兴汽车市场的需求。图2：从左至右：Patrick Brant先生，Andrew Malkin先生及陈诗爵先生（埃克森美孚化工电池隔膜产品全球市场经理）AI:作为锂离子电池中的关键组件之一，隔膜所起的作用是什么? 与手机、MP3及笔记本等电子产品中使用的锂离子电池相比，用于汽车的锂离子电池对隔膜有哪些特殊的要求？其技术上的挑战主要是什么？ Patrick Brant先生：在锂离子电池结构中，隔膜是关键的内层组件之一，它在提高电池的整体性能方面发挥着至关重要的作用。隔膜由塑料膜制成，可隔离电池的正负极，以防止出现短路。在隔膜上，均匀地分布着无数个直径非常小的微孔。这些微孔小到肉眼难以辨认，但它却允许离子自由通过，从而将电子输送到必须到达的地方。当电池过热时，还可以通过闭孔功能来阻隔电池中电流的传导。正因如此，隔膜性能的好坏，特别是隔膜上微孔的大小及分布将直接影响电池的功率、容量及使用寿命。对于像手机、笔记本电脑这类的小型设备而言，传统的隔膜就足以确保锂离子电池使用上的可靠性，但是，对于汽车这类内部温度较高的应用，传统的隔膜显然难以胜任。因此，我们面临的技术挑战是，能否生产出一种可在较高的温度状态下能够安全、可靠地发挥作用的电池隔膜？在这方面，关键的一点是要提高隔膜的热机械性能。我们克服了这一技术瓶颈，现在，凭借这一高技术化的关键层，锂离子电池的安全系数和功率均得到了提高，从而有助于推动新一代混合动力和电动汽车的发展。图3：埃克森美孚化工的电池隔膜为驱动全电动汽车Maya-300助力AI:可否详细介绍贵公司在此方面所做的技术创新和改进？比如，生产隔膜用的聚合物材料有什么特殊的性能？与普通塑料薄膜相比，隔膜的加工工艺具有哪些特别之处？其难点是什么？Patrick Brant先生：我们将新产品和新工艺技术紧密结合起来，从而获得了较理想的解决方案。通常，汽车用锂离子电池隔膜对聚合物材料的要求非常高，比如，要具有很高的熔点、与溶剂良好的混合度以及极好的拉伸性能等。在埃克森美孚化工位于美国德州贝塘的实验室里，我们利用产品设计方面的经验开发出了特殊定制的高耐热聚合物，这种聚合物材料使隔膜的热性能、抗穿刺能力和通气率均得到了提高，微孔的一致性也更好。它可使新的隔膜耐受190的高温，从而确保了隔膜的完整性。而东燃化学开发的薄膜制造工艺可将多种聚合物结合到多孔膜片中，而膜片的厚度比人类的一根头发还薄。现在，结合两家公司的专有技术而开发的这种新型隔膜不仅提高了锂离子电池的安全性和可靠性，而且放大了电流并延长了电池寿命。此外，我们还可针对电池厂商的特定需求量身定制产品规格。过去我们生产的隔膜一般是单层结构，现在则为多层共挤结构，并且每一层可以采用不同的材料，当然也可以采用同一种材料，这主要取决于客户对电池使用性能的要求。Andrew Malkin先生：我需要强调的一点是，普通的塑料薄膜是无微孔的，而锂离子电池中的隔膜上拥有无数个分布均匀的微孔，这正是这一生产的难点之处。作为东燃化学的一项专利技术，在过去的17年里，我们一直采用湿法双向拉伸技术来生产这种隔膜。在进行双向拉伸的过程中，我们加入了溶剂，之后再采用特殊的方法将溶剂萃取出来，由此便在隔膜上形成一定数量的微孔。这一工艺的优点是，它不仅生产出了高度均匀的微孔，而且确保了隔膜具有足够的强度，足以支撑这些微孔结构。总之，利用埃克森美孚化工特殊定制的高耐热聚合物和东燃化学独特的湿法双向拉伸技术开发出的新型电池隔膜表现出了独特的综合性能，包括改善了通气率、更高的熔断温度及熔融完整性，同时保持了快速闭孔性能和高机械强度，满足了混合动力和电动汽车用电池对隔膜的苛刻要求。AI:目前这种隔膜的商业化应用情况如何？贵公司每年有多大的产量？是否准备再增加产能？ Andrew Malkin先生：目前，东燃化学位于日本那须的工厂已开始商业化生产这种新型隔膜，同时，我们也已向多家电池生产商和独立实验室提供了测试样品，以协助他们进行商业价值评估。值得欣慰的是，2008年1月，Electrovaya公司首次推出了商业化的Maya-300汽车，这是一种低速型汽车，最高行驶里程120英里，专为城区内驾车而设计。在这款电动汽车中，就使用了埃克森美孚化工的电池隔膜。目前，我们的产能占全球市场的30%。作为世界上第二大隔膜生产商，我们希望该业务能够全球化，通过生产出足够的隔膜来满足全球市场的需求。考虑到长期的需求增长，东燃化学正寻求在韩国龟尾市（Gumi）建设第二个隔膜生产厂。此外，还计划建设一个电池测试中心，以对先进电池系统应用于混合动力汽车和其他用途进行评估。这些都为下一步快速扩大产能做好了充分的准备。总之，计划中的设施将使用埃克森美孚化工的新型技术平台，采用先进的聚合物技术和生产工艺来生产电池隔膜。我们会根据客户的需求，从我们的聚合物材料中选用最适合的材料，从而针对电池生产商的特定需求提供量身定制的隔膜产品。图4：埃克森美孚化工及其在日本的关联公司东燃化学共同开发的特种聚合物隔膜可用于混合动力和电动汽车中的锂离子电池AI:多年来，作为燃油汽车的替代产品，尽管混合动力和电动汽车一直为汽车业界所关注，但是，由于电池技术的迟迟不能突破，使得众所期盼的混合动力和电动汽车的开发屡屡受挫。作为混合动力和电动汽车的积极推进者，两位先生如何评价这一新兴市场的未来前景？如何看待自身所从事的这项事业？ Patrick Brant先生：任何一项新兴技术，从它的推出到成熟使用都需要一个持续改进的过程，比如，早期的燃油发动机汽车同样非常昂贵，其使用效率也同样低下，而今天它的运行却如此完美，价格也在不断降低。再比如，手机和笔记本电脑这类电子产品一度非常昂贵，但也只经历了一段时间。随着锂离子电池技术的发展，这类电子产品的价格很快就降到了能够为大多数人可以接受的水平。这些事实足以让我们对混合动力和电动汽车的未来充满信心。当然，过去17年来在此方面所积累的研究经验也使我们能够很好地评估这一技术的发展局势。目前，锂离子电池正在向大型化方向发展，电池的功率、容量及使用寿命等均在不断提高，这些都为混合动力和电动汽车的量产化创造了条件。作为这一市场中的技术领头羊，埃克森美孚化工将与汽车OEM和电池厂商紧密合作，通过持续不断的投资和研发，加快这一发展进程。Andrew Malkin先生：正如您所说，电池技术的瓶颈使得当前混合动力和电动汽车的推进工作缓慢，市场需求不很明朗，这种状况对于从事此项研究的供应商们而言无疑是一个考验。虽然如此，作为一家有责任感的世界级大公司，埃克森美孚化工却有足够的信心坚持下去，通过不断的投资和研发推动这一技术向前发展，这也与埃克森美孚化工一贯倡导的“提高能效、降低成本及控制排放”的长期目标相一致。近年来，燃油成本不断上涨，同时环境保护对汽车的排放要求也日益提高，这为混合动力和电动汽车的发展带来了新的契机。前不久，独立研究机构J.D. Power公司的一项研究表明，越来越多的驾车者已将燃料的经济性作为购车时首要考虑的因素。去年，美国销售的混合动力汽车已接近35.5万辆，约占汽车市场份额的2%，预计到2012年，混合动力汽