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商业化仍需时间 看固液混合电池量产前夜

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(原标题:固液混合电池量产前夜)

“我强烈呼吁这些电池企业,不要犹豫了,赶快产业化,给整车企业提供安全可靠的固混电池。”不久前,北汽集团副总经理廖振波在公开场合如是呼吁。他直言,在能量密度不降低的情况下,要增强安全性,别去走其他的路线,扎扎实实把固混电池做上去。

“固混电池”即固液混合电池,是一种介于液态锂电池与全固态锂电池之间的电池形态,其与全固态锂电池的区别在于,固液混合电池中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。

固态电芯;图片来源: 卫蓝新能源

为什么是固液混合电池?

一直以来,提高能量密度与保障安全性是动力电池技术发展的核心所在。然而对于车用动力电池主流产品的液态锂离子电池而言,高能量密度和高安全性,就像是鱼与熊掌,想要二者兼得,几乎不可能。

经过近十年的快速发展,液态锂离子电池虽在不断提升能量密度,但是也面临着不少安全风险。在日前召开的2021中国国际锂电产业大会上,北京卫蓝新能源科技有限公司副总经理李永伟就提到,从电池热失控的过程中来看,SEI的分解、电极正极与负极的相互作用,都是导致热失控关键的因素,想要改善这一局面就需要导入固态电解质。

宁德万和投资集团投资部总监喻军也曾指出,锂离子电池做不到本质安全,其电解液用得越多就越危险,“一个18650型号的锂电池,其爆炸威力相当于一颗小型手榴弹,只是有钢壳约束着。”

除了安全性,液态锂离子电池的能量密度也存在天花板。按照我国《节能与新能源汽车技术路线图》提出的目标,到2020年纯电动汽车动力电池的能量密度目标为300Wh/kg,2025年目标为400Wh/kg,2030年目标为500Wh/kg。然而,受制于现有体系架构和关键材料影响,锂离子电池能量密度普遍在240-260Wh/Kg之间,要突破300Wh/kg难度极大。

因此,在提高能量密度与保障安全性这一核心诉求下,固态电池的出现则冲破了二者兼得的限制。盖世汽车研究院资深分析师表示:“与目前主流的三锂离子电池相比,固态电池可以提升电动汽车的安全性,同时更高的能量密度能够使电动汽车拥有更长的续航里程,并且能够有效缩短电动汽车的充电时间。”

从电池结构本身来讲,使用固体电解质的固态电池具有不可燃、不腐蚀、不挥发、不漏液等优势,可极大确保电池的安全性。其次,用金属锂做负极的固态电池可匹配高电压正极材料,进一步提升能量密度。另外,固态电池的封装相对简单,能省掉电池包外壳、冷却等系统,同时可实现电池柔性化、异形化,根据不同应用场景设计不同形状,灵活性更强。此外,循环寿命长、工作温度范围宽、电化学窗口宽、回收方便等也是固态电池所具备的特性。

李永伟表示,基于固态电池有可能开发出本质安全的固态电池体系,同时结合电池技术的集成,进一步提高动力电池、储能电池的应用场景。不过,他也指出,固态电池在发展过程中还面临着非常多的问题需要解决,如固态电解质的离子电导率较低、固固接触界面的阻抗上升等。

考虑到固态电池大规模量产面临的诸多现实困难,以及新能源汽车对高安全、高能量密度动力电池的迫切需求,作为折中方案,行业将固液混合电池作为固态电池发展的过渡方案。有分析指出,在全固态锂电池技术尚未获得突破的情况下,混合固液电池有望兼容液态锂电池大部分材料、设备和工艺,综合平衡安全性、能量密度、功率密度、循环寿命、高低温性等性能,可率先实现商业化,逐步替代液态锂电池。

固液混合电池量产新进展

面对如文章开篇所述的来自整车企业对固液混合电池的迫切需求,动力电池企业在此领域的最新研发进展值得关注。

“今年年初,蔚来宣布计划推出行驶1000公里的360Wh/kg固态电池的消息,开始引爆固态电池在行业里的应用,也促进了固态电池的研发和发展,不管是日本、美国,还是宝马福特都在推动技术和产业发展的快速进步。”李永伟说到。

北京卫蓝新能源科技有限公司副总经理  李永伟

对于卫蓝新能源自身而言,李永伟在接受盖世汽车采访时表示,卫蓝新能源的混合固态电池即将批量装车。“在车用领域,我们能量密度达到270Wh/kg,可以通过针刺的高安全车用混合固液固态电池已经进入SOP,可以实现批量装车,正在按计划推进更高能量密度的固态电池研发和工程化,明年下半年就会给客户提供批量验证。”

目前,卫蓝新能源正在建设一条2GWh的规模化固液混合固态动力电池生产线,这个生产线主要生产350-360Wh/kg的新能源车用动力电池。

作为中国科学院物理研究所清洁能源实验室固态电池技术的唯一产业化平台,卫蓝新能源应该说是国内最早一批实现固态电池批量生产的企业。早在去年8月,卫蓝新能源在江苏溧阳的固态电池产业示范基地,就已经建成了2亿瓦时的混合固液固态动力电池示范生产线。其产出的固态电池产品能量密度可达到270Wh/kg,倍率性能可以实现3C的连续放电,最大放电倍率可达到7C,同时保持了良好的安全性能。该产品目前在工业类无人机、特种领域已经率先实现了规模化应用。

相关统计数据显示,全球已有40多家固态电池生产商,除了卫蓝新能源外,我国的辉能科技、清陶能源、赣锋锂业在固态电池领域的研发布局均比较较早,目前已建成至少中试规模实验线,并有产品应用于无人机,开始商用。从这些厂商的进度来看,业界普遍认为混合固态电池在近一两年内就可以量产,但是距离大规模商业化应用还有相当长的一段路要走。

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