工人在重慶金美新材料科技有限公司的生産線上。（受訪者供圖）
鋰電池容易起火爆炸，是不少消費者購買電動車的顧慮之一。為解決這一痛點，有家渝企用新材料把電池做成了“三明治”，有效破解了這一難題。
近年來，鋰電池起火爆炸問題層出不窮，成為很多消費者不願購買電動車的主要原因之一。
為啥容易起火？遇到激烈碰撞時，電池內部的純金屬集流體破裂，會形成幾十甚至上百微米的毛刺，刺穿隔膜，導致短路，從而引發熱失控。
如果將純金屬集流體替換成不易破裂的材料，能否解決這一難題？
重慶金美新材料科技有限公司（以下簡稱金美），歷時近10年研發，將這一設想變成現實，用新材料把電池做成“三明治”，破解新能源汽車鋰電池起火爆炸難題。
開發“三明治”材料
直擊鋰電池爆炸痛點
金美為什麼要研發這種新材料？這要從2015年説起。
那一年是業界公認的新能源汽車發展“元年”，鋰電池産業方興未艾。3月，一則三星手機在充電時爆炸的消息，牽動了整個産業的神經。
“必須開發新材料，解決鋰電池安全性問題，否則未來將面臨發展瓶頸。”當時，河南人臧世偉與某行業頭部企業在設備方面有緊密合作，得知對方有這樣的需求後，萌生出跨界創業的想法。
客戶提出的設想是，將鋰電池內傳統的鋁箔和銅箔集流體，替換成“金屬—高分子材料—金屬”三層複合結構，以高分子材料為“夾心”層，上下兩面沉積金屬鋁或金屬銅，如同“三明治”。
這樣一來，電池受到激烈碰撞時，具有彈性的高分子材料薄膜層能起到緩衝作用。內部發熱到一定程度，熔點比金屬低的高分子材料會變軟、熔化，就會為電芯增加一道高分子“保險絲”。而且，複合集流體無法産生大規模金屬毛刺，可規避熱失控，從而避免爆炸。
臧世偉帶着核心成員，全國各地找設備、找材料、找人才，制樣品、搞研發，2年後在安徽創立公司，形成試生産能力。
“沒想到，搞原始創新研發這麼難。”臧世偉感嘆。2018年初，以PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）為基材的複合銅集流體樣品下線，送到客戶實驗室封裝測試，卻遭到“當頭一棒”。
産品正常情況下至少要保證2000次充放電循環，而樣品在500次循環後，性能就出現大幅下降：拆開後才發現，中間那層基材被熔解，直接塌陷了。
當時，在研發方面已“燒”了3億多元的臧世偉，感覺“眼前一黑”。
攻克技術難關後
産業化成了“攔路虎”
既然PET不適合作為“三明治”的基材，那就換材料。
紙膜、PI……幾乎所有符合要求的高分子材料，團隊都找來試了一遍。那段時間，大家晝夜不分，以生産車間為家。
大半年過去，上千次實驗後，團隊終於發現，以聚丙烯為基材，可擁有較高的耐衝擊性，還能抗多種有機溶劑和酸鹼腐蝕。問題迎刃而解，還帶來意外收穫——以6微米的複合銅集流體為例，除了上下1微米的銅，中間4微米是高分子材料，相比傳統集流體重量減輕60%，節約材料成本近50%，能量密度提升5%—10%。
2018年底，金美第一代産品——6微米銅複合集流體和10微米鋁複合集流體正式下線，並實現第一次3萬輛電動車裝機，投入歐洲市場。
“抓緊上量。”客戶對裝機結果很滿意，並提出了更高的要求。
安徽工廠生産能力有限，金美四處尋求能拓展生産研發基地的地方。彼時，重慶、四川、廈門三地同時向這家企業拋出橄欖枝，而重慶深厚的工業底蘊吸引了臧世偉。2019年9月，金美落地重慶，次年下半年廠房裝修投用。
落地重慶以來，金美累計在設備和研發方面投入超10億元。“從小批量到大批量，絕非從1到2這麼簡單。量産的難度佔到整個開發的90%以上。”臧世偉説。
瞄準千億級市場
將重慶工廠打造為産能輸出基地
這種創新産品，生産設備的研發和組裝以及工藝開發，全靠自己摸着石頭過河，遭遇挫折是常有的事。
設備組裝好後的第一次生産，就讓大家傻了眼——産品要麼變形、要麼穿孔，全是廢品。
到底哪兒錯了？大家將設備拆掉，經過復盤，發現關鍵問題可能出在沉積系統的鍍膜工藝上。
金美採用的是物理氣相沉積法鍍膜，銅的汽化點是2567℃，鋁的汽化點是3550℃，而高分子材料的熔點卻在120℃左右，這就導致金屬還沒汽化，高分子材料往往就已經熔掉了。
諸如此類的技術難點還有很多。團隊對生産流程進行重新開發，調整設備結構、架構和沉積方式，加上熱管理、冷管理工藝改進，經過近一年時間，才將整套設備改造完畢。
2021年底，生産線穩步試生産；2022年開始，産品陸續量産裝車，應用於極氪等品牌車型。也是在這一年，金美有了超千萬元級別的營收。2023年，銅、鋁複合集流體生産工藝全線打通，鋁産線優率達80%以上，銅産線快速爬坡，年産能達到10 GWh電池用量。
“無論産能多少，你們生産線95%的産品，都歸我們！”頭部客戶放出話來。剩餘5%的産品，金美用來拓展其他客戶，包括消費電池、儲能、軍工等。
據權威機構預測，到2030年，全球集流體材料應用將形成2000多億元市場規模。雖然前景可觀，産品供不應求，且具有領先優勢，但金美並不滿足於現狀。
“今年開始，我們將研發轉向為設備標準化和優率提升。”臧世偉介紹，金美計劃將重慶工廠打造成“燈塔工廠”，作為産能輸出基地，實現量産爬坡和産能釋放的同時，進一步推動産品極薄化、極輕量化開發，未來目標是年産能100GWh電池用量，産值百億元。
記者 佘振芳