蜂巢能源：固態(tài)電池領(lǐng)域的突破與創(chuàng)新

原創(chuàng) 汽車電子設(shè)計 2024-04-16 09:06

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芝能汽車出品

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。

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。

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。

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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