“我強(qiáng)烈呼吁這些電池企業(yè)，不要猶豫了，趕快產(chǎn)業(yè)化，給整車(chē)企業(yè)提供安全可靠的固混電池。”不久前，北汽集團(tuán)副總經(jīng)理廖振波在公開(kāi)場(chǎng)合如是呼吁。他直言，在能量密度不降低的情況下，要增強(qiáng)安全性，別去走其他的路線，扎扎實(shí)實(shí)把固混電池做上去。

 

“固混電池”即固液混合電池，是一種介于液態(tài)鋰電池與全固態(tài)鋰電池之間的電池形態(tài)，其與全固態(tài)鋰電池的區(qū)別在于，固液混合電池中含有一定量的液體電解質(zhì)，而全固態(tài)鋰電池只含有固態(tài)電解質(zhì)，不包含任何液體電解質(zhì)。

 

固態(tài)電芯；圖片來(lái)源： 衛(wèi)藍(lán)新能源

 

 

一直以來(lái)，提高能量密度與保障安全性是動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展的核心所在。然而對(duì)于車(chē)用動(dòng)力電池主流產(chǎn)品的液態(tài)鋰離子電池而言，高能量密度和高安全性，就像是魚(yú)與熊掌，想要二者兼得，幾乎不可能。

 

經(jīng)過(guò)近十年的快速發(fā)展，液態(tài)鋰離子電池雖在不斷提升能量密度，但是也面臨著不少安全風(fēng)險(xiǎn)。在日前召開(kāi)的2021中國(guó)國(guó)際鋰電產(chǎn)業(yè)大會(huì)上，北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技有限公司副總經(jīng)理李永偉就提到，從電池?zé)崾Э氐倪^(guò)程中來(lái)看，SEI的分解、電極正極與負(fù)極的相互作用，都是導(dǎo)致熱失控關(guān)鍵的因素，想要改善這一局面就需要導(dǎo)入固態(tài)電解質(zhì)。

 

寧德萬(wàn)和投資集團(tuán)投資部總監(jiān)喻軍也曾指出，鋰離子電池做不到本質(zhì)安全，其電解液用得越多就越危險(xiǎn)，“一個(gè)18650型號(hào)的鋰電池，其爆炸威力相當(dāng)于一顆小型手榴彈，只是有鋼殼約束著。”

 

除了安全性，液態(tài)鋰離子電池的能量密度也存在天花板。按照我國(guó)《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖》提出的目標(biāo)，到2020年純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的能量密度目標(biāo)為300Wh/kg，2025年目標(biāo)為400Wh/kg，2030年目標(biāo)為500Wh/kg。然而，受制于現(xiàn)有體系架構(gòu)和關(guān)鍵材料影響，鋰離子電池能量密度普遍在240-260Wh/Kg之間，要突破300Wh/kg難度極大。

 

因此，在提高能量密度與保障安全性這一核心訴求下，固態(tài)電池的出現(xiàn)則沖破了二者兼得的限制。蓋世汽車(chē)研究院資深分析師表示：“與目前主流的三元鋰離子電池相比，固態(tài)電池可以提升電動(dòng)汽車(chē)的安全性，同時(shí)更高的能量密度能夠使電動(dòng)汽車(chē)擁有更長(zhǎng)的續(xù)航里程，并且能夠有效縮短電動(dòng)汽車(chē)的充電時(shí)間。”

 

從電池結(jié)構(gòu)本身來(lái)講，使用固體電解質(zhì)的固態(tài)電池具有不可燃、不腐蝕、不揮發(fā)、不漏液等優(yōu)勢(shì)，可極大確保電池的安全性。其次，用金屬鋰做負(fù)極的固態(tài)電池可匹配高電壓正極材料，進(jìn)一步提升能量密度。另外，固態(tài)電池的封裝相對(duì)簡(jiǎn)單，能省掉電池包外殼、冷卻等系統(tǒng)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)電池柔性化、異形化，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)不同形狀，靈活性更強(qiáng)。此外，循環(huán)壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬、電化學(xué)窗口寬、回收方便等也是固態(tài)電池所具備的特性。

 

李永偉表示，基于固態(tài)電池有可能開(kāi)發(fā)出本質(zhì)安全的固態(tài)電池體系，同時(shí)結(jié)合電池技術(shù)的集成，進(jìn)一步提高動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池的應(yīng)用場(chǎng)景。不過(guò)，他也指出，固態(tài)電池在發(fā)展過(guò)程中還面臨著非常多的問(wèn)題需要解決，如固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率較低、固固接觸界面的阻抗上升等。

 

考慮到固態(tài)電池大規(guī)模量產(chǎn)面臨的諸多現(xiàn)實(shí)困難，以及新能源汽車(chē)對(duì)高安全、高能量密度動(dòng)力電池的迫切需求，作為折中方案，行業(yè)將固液混合電池作為固態(tài)電池發(fā)展的過(guò)渡方案。有分析指出，在全固態(tài)鋰電池技術(shù)尚未獲得突破的情況下，混合固液電池有望兼容液態(tài)鋰電池大部分材料、設(shè)備和工藝，綜合平衡安全性、能量密度、功率密度、循環(huán)壽命、高低溫性等性能，可率先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，逐步替代液態(tài)鋰電池。

 

 

面對(duì)如文章開(kāi)篇所述的來(lái)自整車(chē)企業(yè)對(duì)固液混合電池的迫切需求，動(dòng)力電池企業(yè)在此領(lǐng)域的最新研發(fā)進(jìn)展值得關(guān)注。

 

“今年年初，蔚來(lái)宣布計(jì)劃推出行駛1000公里的360Wh/kg固態(tài)電池的消息，開(kāi)始引爆固態(tài)電池在行業(yè)里的應(yīng)用，也促進(jìn)了固態(tài)電池的研發(fā)和發(fā)展，不管是日本、美國(guó)，還是寶馬、福特都在推動(dòng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的快速進(jìn)步。”李永偉說(shuō)到。

 

北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技有限公司副總經(jīng)理  李永偉

 

對(duì)于衛(wèi)藍(lán)新能源自身而言，李永偉在接受蓋世汽車(chē)采訪時(shí)表示，衛(wèi)藍(lán)新能源的混合固態(tài)電池即將批量裝車(chē)。“在車(chē)用領(lǐng)域，我們能量密度達(dá)到270Wh/kg，可以通過(guò)針刺的高安全車(chē)用混合固液固態(tài)電池已經(jīng)進(jìn)入SOP，可以實(shí)現(xiàn)批量裝車(chē)，正在按計(jì)劃推進(jìn)更高能量密度的固態(tài)電池研發(fā)和工程化，明年下半年就會(huì)給客戶提供批量驗(yàn)證。”

 

目前，衛(wèi)藍(lán)新能源正在建設(shè)一條2GWh的規(guī)模化固液混合固態(tài)動(dòng)力電池生產(chǎn)線，這個(gè)生產(chǎn)線主要生產(chǎn)350-360Wh/kg的新能源車(chē)用動(dòng)力電池。

 

作為中國(guó)科學(xué)院物理研究所清潔能源實(shí)驗(yàn)室固態(tài)電池技術(shù)的唯一產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)，衛(wèi)藍(lán)新能源應(yīng)該說(shuō)是國(guó)內(nèi)最早一批實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池批量生產(chǎn)的企業(yè)。早在去年8月，衛(wèi)藍(lán)新能源在江蘇溧陽(yáng)的固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)示范基地，就已經(jīng)建成了2億瓦時(shí)的混合固液固態(tài)動(dòng)力電池示范生產(chǎn)線。其產(chǎn)出的固態(tài)電池產(chǎn)品能量密度可達(dá)到270Wh/kg，倍率性能可以實(shí)現(xiàn)3C的連續(xù)放電，最大放電倍率可達(dá)到7C，同時(shí)保持了良好的安全性能。該產(chǎn)品目前在工業(yè)類無(wú)人機(jī)、特種領(lǐng)域已經(jīng)率先實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化應(yīng)用。

 

相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球已有40多家固態(tài)電池生產(chǎn)商，除了衛(wèi)藍(lán)新能源外，我國(guó)的輝能科技、清陶能源、贛鋒鋰業(yè)在固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)布局均比較較早，目前已建成至少中試規(guī)模實(shí)驗(yàn)線，并有產(chǎn)品應(yīng)用于無(wú)人機(jī)，開(kāi)始商用。從這些廠商的進(jìn)度來(lái)看，業(yè)界普遍認(rèn)為混合固態(tài)電池在近一兩年內(nèi)就可以量產(chǎn)，但是距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還有相當(dāng)長(zhǎng)的一段路要走。