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    • #1、固態(tài)電池的優(yōu)勢
    • #2、蜂巢能源的研究與突破
    • #3、小結(jié)
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蜂巢能源:固態(tài)電池領(lǐng)域的突破與創(chuàng)新

04/17 12:10
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近期隨著上汽、廣汽等企業(yè)紛紛發(fā)布固態(tài)電池的產(chǎn)品,固態(tài)電池的話題迅速成為國內(nèi)新能源行業(yè)的熱點。全固態(tài)電池作為下一代電池的首選方案之一,被列入中國、美國、歐盟、日韓等主要國家的發(fā)展戰(zhàn)略,也是世界各國下一代電池技術(shù)競爭的關(guān)鍵制高點,中國國內(nèi)各新能源企業(yè)也均有布局。

2024年1月,中國全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(CASIP)在北京舉行揭牌儀式。從國家層面來說,中國做固態(tài)電池主要是為了防范全球技術(shù)突破給中國產(chǎn)業(yè)帶來顛覆性影響;對企業(yè)層面而言,固態(tài)電池也是每個中國新能源電池企業(yè)下一代技術(shù)路線的布局。

全固態(tài)電池的基本構(gòu)造包括正極、負極和固態(tài)電解質(zhì)膜。在充電和放電過程中,正負極之間的鋰離子交換通過固態(tài)電解質(zhì)傳輸;而傳統(tǒng)鋰電池中,鋰離子通過在液態(tài)電解液中“游動”來傳輸。全固態(tài)電池這種構(gòu)造使得鋰離子電池更加安全可靠,能夠避免因電解液泄漏而引發(fā)的安全事故,并且采用更高比容量的硅負極與金屬鋰負極,從而實現(xiàn)超過500Wh/kg以上的能量密度以及更長的循環(huán)壽命。

當(dāng)然我們看到,現(xiàn)在很多企業(yè)對外宣傳固態(tài)電池產(chǎn)品,其實只是固液混合的半固態(tài)電池,而非真正意義上的的全固態(tài),其特點是添加了固態(tài)電解質(zhì)的液態(tài)電池,其電池內(nèi)部的構(gòu)造原理與液態(tài)鋰離子電池類似,不屬于顛覆性技術(shù),僅僅是提升現(xiàn)有液態(tài)電池安全性的技術(shù)手段之一。

半固態(tài)電池正在試裝車,但是良品率、電池成本、充電倍率、循環(huán)壽命這些問題還需要解決。

#1、固態(tài)電池的優(yōu)勢

全固態(tài)電池相較于傳統(tǒng)液態(tài)電池具有諸多優(yōu)勢:

●?固態(tài)電解質(zhì)不易燃燒更安全,能夠避免因液態(tài)電解液泄漏而引發(fā)的安全隱患。

●?全固態(tài)電池因為內(nèi)部固態(tài)電解質(zhì)無法流動,因此可以實現(xiàn)內(nèi)串聯(lián),大大減少了電池外部串聯(lián)的零部件,提高系統(tǒng)能量密度。

●?全固態(tài)電池的能量密度更高,因為固態(tài)電解質(zhì)膜可以抑制鋰枝晶的生長,因此可以使用鋰金屬作為負極,大大提高電池的能量密度,特別是體積能量密度,在有限的空間內(nèi)能夠存儲更多的能量,這對于車載場景非常有用。

目前,全固態(tài)電池技術(shù)仍處于發(fā)展的初期階段,但已經(jīng)取得了一些重要進展。例如,硫化物固態(tài)電解質(zhì)的研發(fā)取得了突破,離子電導(dǎo)率大幅提高,使得全固態(tài)電池的性能得到了顯著提升。全球范圍內(nèi)各國紛紛將全固態(tài)電池技術(shù)列入重要發(fā)展戰(zhàn)略,并投入大量資源用于研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推廣。

中國在固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展路線上,創(chuàng)新的提出了半固態(tài)電池路線,在全固態(tài)電池還未實現(xiàn)量產(chǎn)之前,首先加快固液混合的半固態(tài)路線實現(xiàn)量產(chǎn)落地。這一點與國際上以全固態(tài)為主的情況不同,中國新能源各大企業(yè)目前即將量產(chǎn)或正在量產(chǎn)的主要是采用固液混合的技術(shù)路線,包括氧化物和聚合物電解質(zhì)等的結(jié)合。

固液混合電池是由液態(tài)電池向全固態(tài)電池發(fā)展過程中的一個過渡的技術(shù)路線,既能提高電池的安全性,又能快速實現(xiàn)落地,需要解決的主要問題包括:良品率、電池成本、充電倍率和循環(huán)壽命等。

雖然現(xiàn)在半固態(tài)電池在快速發(fā)展,但全固態(tài)仍然是下一代電池技術(shù)的主流方向。中國固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)有望在2030年左右實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化突破,同時也作為戰(zhàn)略技術(shù)儲備。

#2、蜂巢能源的研究與突破

蜂巢能源在固態(tài)電池和半固態(tài)電池方面都取得了顯著的進展。在半固態(tài)電池領(lǐng)域,先后推出了第一代和第二代果凍電池,該電池在能量密度、安全性和快速充電等核心參數(shù)上全面領(lǐng)先于傳統(tǒng)的液態(tài)產(chǎn)品。

目前第二代果凍電池突破了中高鎳摻硅體系膨脹的瓶頸,采用了二代果凍電解質(zhì)和一體化復(fù)合正極技術(shù),這有效地抑制了內(nèi)部短路的擴展。蜂巢能源已經(jīng)建立了一個4800㎡的果凍電池試制線,并且第二代果凍電池即將進入B樣階段,已經(jīng)得到了國際某知名OEM的高度好評。

當(dāng)然全固態(tài)電池的發(fā)展仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)。從材料開發(fā)到電芯制造,都存在著諸多技術(shù)難題。例如,硫化物電解質(zhì)的穩(wěn)定性問題、膜的制備難度、電極間絕緣不足等。

針對這些挑戰(zhàn),可以使用包括多元素摻雜、專用粘結(jié)劑和溶劑技術(shù)等。

隨著中國政府和產(chǎn)業(yè)界的重視,增加對固態(tài)電池領(lǐng)域的政策扶持和資金投入,蜂巢會努力和產(chǎn)業(yè)界一起加速固態(tài)電池技術(shù)的成熟和商業(yè)化進程。

蜂巢能源在固態(tài)電池領(lǐng)域的研究集中在四種主要的固態(tài)電解質(zhì)上:聚合物、氧化物、鹵化物和硫化物。經(jīng)過針對性的研究,蜂巢認為硫化物是目前固態(tài)電池的主要發(fā)展方向。硫化物具有高的離子電導(dǎo)率、低的比重和良好的加工性能,這使得它成為理想的固態(tài)電解質(zhì)材料。350Wh/kg以上的高能量密度硫化物全固態(tài)電池的核心技術(shù),被視為目前高能量密度全固態(tài)電池的首選技術(shù)路線。

目前,蜂巢能源在材料、電解質(zhì)膜和電芯開發(fā)方面取得了迅速進展:

?在材料方面,完成了正極包覆改性的開發(fā)。

?自主開發(fā)的硫化物電解質(zhì)具有大于10.50mS/cm的離子電導(dǎo)率,并且具備在-40℃露點環(huán)境下操作的能力。

?電解質(zhì)膜開發(fā)具備了大面積電解質(zhì)膜制備能力,電解質(zhì)膜的電導(dǎo)率大于2.3mS/cm,厚度最低可達15μm。

●?電芯開發(fā)方面,蜂巢能源具備了制備20Ah全固態(tài)電芯的能力,能量密度大于380Wh/kg。

#3、小結(jié)

固態(tài)電池作為能源領(lǐng)域的一項重要技術(shù),正在逐步走向成熟和商業(yè)化。蜂巢能源作為該領(lǐng)域的積極參與者,正在為固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展做出重要貢獻。隨著技術(shù)不斷進步、逐步克服挑戰(zhàn),相信固態(tài)電池將會成為未來能源革命的主角,為可持續(xù)發(fā)展貢獻更大的力量。

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蜂巢能源科技股份有限公司前身是長城汽車動力電池事業(yè)部,2018年注冊成立蜂巢能源科技有限公司并從長城汽車剝離獨立,2021年改制為蜂巢能源科技股份有限公司,總部位于江蘇常州,是專業(yè)鋰離子電池系統(tǒng)提供商,專注于新能源汽車動力電池及儲能電池系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。主要產(chǎn)品包括電芯、模組及電池包及儲能電池系統(tǒng),并可根據(jù)客戶需求為其提供動力電池及儲能產(chǎn)品整體解決方案。

蜂巢能源科技股份有限公司前身是長城汽車動力電池事業(yè)部,2018年注冊成立蜂巢能源科技有限公司并從長城汽車剝離獨立,2021年改制為蜂巢能源科技股份有限公司,總部位于江蘇常州,是專業(yè)鋰離子電池系統(tǒng)提供商,專注于新能源汽車動力電池及儲能電池系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。主要產(chǎn)品包括電芯、模組及電池包及儲能電池系統(tǒng),并可根據(jù)客戶需求為其提供動力電池及儲能產(chǎn)品整體解決方案。收起

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筆者 朱玉龍,一名汽車行業(yè)的工程師,2008年入行,做的是讓人看不透的新能源汽車行業(yè)。我學(xué)的是測試和電路,從汽車電子硬件開始起步,現(xiàn)在在做子系統(tǒng)和產(chǎn)品方面的工作。汽車產(chǎn)業(yè)雖然已經(jīng)被人視為夕陽產(chǎn)業(yè),不過我相信未來衣食住行中的行,汽車仍是實現(xiàn)個人自由的不二工具,愿在汽車電子電氣的工程方面耕耘和努力,更愿與同行和感興趣的朋友分享見解。