有望先一步实现量产，混合固液电池研发进展如何？-pg电子竞技平台

2022-11-03 09:57:14  信息编号：k225760  浏览次数：89

固态电池技术，特别是全固态电池技术还面临着诸多技术挑战，包括固固界面问题、高性能电池材料开发及工程化等。混合固液电池有望在5年内实现规模量产，全固态电池预期在5-10内实现商业化应用。

1、固态电池产业化时机还未到

目前，液态锂离子电池存在sei膜持续生长和反应、析锂与死锂、内短路、正极过渡金属溶解、正极析氧、颗粒与电极体积变化较大、电解液高电压、被氧化、电解液耗干、胀气、高温储存和运行性能衰减、铝箔腐蚀、铜箔氧化、热失控、游离金属含量要求在ppb级、化成工艺复杂、电极极片和隔膜张力控制要求高、极片对齐度要求高等问题。

短期内，以上问题可以通过正极材料改性、负极材料改性、新正负极材料、陶瓷涂布隔膜、新型隔膜、阻燃电解液、sei/cei控制、预锂化技术、防过充添加剂、粘接剂优化、极片结构优化、热复合技术、电芯设计优化、减少材料污染、高精度制造等方式来改进电芯性能。

从长期来看，固态电池有望解决以上液态锂离子电池普遍存在的问题。全固态电池由于其可内串、不需要焊接集流体，具备较高的耐高温性能，以及可以减少系统的串联，在极片、电芯、成组各个阶段，体积比能量都比液态电池有较大提升，总体提升可达60%以上。“液态电池和能量密度里看，大家认为350wh/kg是公认的天花板。对于行业内相对成熟的半固态电池，它的能量密度，未来可以从现在的260wh/kg未来提高到400wh/kg甚至500wh/kg。当然了，安全性更好的全固态电池，已经达到600wh/kg，未来还有更大的潜力。”向晋说。

固态电池产业化还面临着诸多挑战：有效解决界面问题、开发高性能固态电解质材料、开发高比能正负极材料等。而除了综合性能有待改进之外，固态电解质材料对生产工艺、成本和质量控制也提出了更严苛的要求。

据介绍，固态电池量产的标志是电芯设计与工艺验证完成；所有材料都已进入可量产阶段；制造设备调试完成后可支持大规模量产；bms和电池包设计定型；客户已完成电池包a、b、c样阶段测试，进入sop6成本核算完成并有竞争力；标准化生产制造体系建立；工厂设计定型；供应链初步形成；通过国标测试并形成新国标；相对于液态电解质锂离子电池产品有竞争力。

其中，影响固态电池量产的因素有：关键的基础科学问题的理解不够全面；材料和电芯构效关系没有充分理解；某些性能存在短板；全固态电池开发尚处于小规模试制阶段；新工艺新设备需要进一步开发；和现有最先进技术对标性能没有优势；成本相对较高；尚未形成规模化的原材料和产业制造体系。

2、蔚来：“混固电池”陆续上车

“我们的混合固态电池预计在今年底或明年上半年开始量产。”卫蓝新能源首席科学家、创始人李泓透露，公司正在与蔚来汽车合作，计划基于蔚来et7车型推出单次充电续航1000公里的混合固液电解质电池，电池包容量达150度电，系统能量密度为360wh/kg。

这是业界首次披露蔚来et7150度电池包供应商的信息。去年1月，蔚来在成都举办的nio day 2020上宣布，将在2022年第四季度量产150kwh固态电池产品，能量密度高达360wh/kg；而基于该能量密度的电池，蔚来et7的nedc续航里程可突破1000公里。彼时，蔚来汽车电池系统助理副总裁曾士哲曾解释，“虽然表述为固态电池，实际上为半固态电池，仍需使用电解液、隔膜。”

顾名思义，混合固液电池是一种介于液态锂电池与全固态锂电池之间的电池形态，即半固态锂电池。其与全固态锂电池的区别在于，其含有一定量的液体电解质；而全固态锂电池只含有固态电解质，不包含任何液体电解质。

东方财富证券在研报中表示，全固态电池目前仍处实验室研究状态，量产和商业化还面临着诸多难题。半固态电池则向固态电池的过渡方案，电池能力密度大幅提升，可兼容现有电解液电池的工艺设备和材料，实现较低成本量产，是目前的研究方向之一，有快速落地的可能。

据不完全统计，全球范围内致力于固态电池技术研发与应用的车企与动力电池企业有20多家，其中不少企业都对量产混合固液电池跃跃欲试。

3、中创新航：400wh/kg固液混合电池研发进展

●固液混合电解质技术

中创新航单旭意介绍，400wh/kg电池技术，首当其冲的一定是电池的本征安全。通过dsc解耦，可明确电池热失控各阶段的核心产热路径。通过高安全液态电解液协同固态电解质在特定位置的针对性补强，从而实现400wh/kg电池本征安全。

中创新航通过核心溶剂以及添加剂的底层创新，开发出了兼顾高安全和高性能的电解液配方。该电解液的引入，实现了ni9电芯t2温度与中创新航已量产高电压5系电芯相当，同时其综合电性能也优于常规电解液配方。通过固液混合，在现有电解液的基础上，进一步结合固态电解质高效应用，可以很大程度去实现400wh/kg高能安全产品。

除了本征安全，400wh/kg电池寿命问题，中创新航同样给出了清晰的解决方向。

●失效定位

单旭意博士指出，循环失效主体在于高镍正极浅表层更高的脱锂态造成的界面及结构失效，而存储失效主体来自于硅碳负极应力变化造成新界面的持续生成。聚焦上述核心失效原因，中创新航已阶段性开发出定向掺杂的高镍单晶正极材料，以及具备体相缓冲结构的纳米硅碳负极材料，电性能及安全性均远优于行业水平。

●材料开发与展望

基于上述材料技术创新，中创新航也在同步进行高能电池的开发[c1]。通过相关材料技术的引入，350wh/kg电池性能当前无论是长期寿命还是安全性都已经做到了非常好的程度，其中循环寿命可以做到接近1100圈水平，热箱稳定性达到177℃，远高于行业高镍电池水平。

同时，400wh/kg电池技术的阶段开发也已完成。当前寿命可以做到450-500圈，安全均通过国标测试。当前，中创新航正在攻坚突破400wh/kg关键材料技术，400wh/kg电池技术正在向产业化逐步迈进。单旭意博士强调，在全球化竞争背景下，锂电材料厂家更应该聚焦在高能材料的精细化设计及量产控制能力提升上，最大程度的激发和利用材料储锂潜能提升材料产品竞争力。

未来几年，动力电池将进入twh时代，巨大的市场需求无疑将对环境和资源负荷提出新的挑战。材料作为能量源是新能源产业的基础，唯有持续创新才能不断突破。