蜂巢能源張放南講鋰電池技術思路

鋰電聯盟會長 2026-01-16 08:57

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張放南，?蜂巢能源的高級副總裁兼技術中心主任?，蜂巢能源科技（無錫）有限公司的法定代表人、執行董事和經理、技術負責人，主要貢獻集中在技術研發、市場戰略和成本控制三大領域。主導動力電池研發創新，包括快充短刀電池、龍鱗甲電池及半固態電池技術攻關，推動技術成果轉化為品牌價值。專利有復合集流體多層超聲焊技術簡化焊接，提升生產效率并降低成本。電池模組、電池包創新冷卻單元設計，增強散熱和隔熱性能，有效防止熱蔓延。

在今天的蜂巢能源第六屆電池日，張放南講述蜂巢能源各類新產品的技術實現過程。

創新離不開技術的加持。

首先是通過材料/工藝的創新，實現本征安全提升的半固態技術。第二個是通過電芯和PACK結構的創新，實現熱安全和機械安全提升的龍鱗甲3.0技術。第三個是通過離子振蕩技術實現低成本高安全的快充技術。

首先介紹的是半固態技術，我們通過材料和體系的機理分析，識別半固態技術在本征安全制造良率、售后壓差改善上的價值，真正做到低成本、可量產、可制造、能夠為用戶創造價值的半固態技術。

目前市場上的半固態技術主要有三種，這三種我們都做過相應的機理分析和實際的測試。產品的性能的分析都做過詳細的對比。

第一個是正極的包覆混摻技術，通過降低鋰離子的低溫傳輸阻抗來降低電芯的內阻，提升低溫功率。但是三元低溫的功率性能基本可以滿足用戶的使用要求，通過這種技術之后，電芯成本會增加大概2%以上。

第二種是凝膠半固態技術，剛剛楊總也介紹了，我們在19~20年的時候就做過凝膠的這個產品，也做過相應的測試，我們當時起名叫“果凍電池”，這種技術會使電芯的耐受溫度性能提高5度以上，但是生產控制難度較大，生產的一致性很難控制，產品的一致性會受到影響，同時這種技術會帶來阻抗的大幅增加，10%~30%以上，即它的功率性能會明顯降低。

第三個是我們的半固態涂層技術，行業目前普遍采用了正極極片表面的半固態涂層技術，主要的有兩種，一是工藝上的，一是通過凹版涂布直接在正極片表面做涂覆，另一種是通過PET膜做轉印。這兩種技術都可以實現半固態價值的發揮，比如說短路性能會進一步的降低，TR發生的概率會降低大概25%左右。缺點是與傳統的液態電芯的生產線僅兼容了80%，產線需要做比較大的調整改造，而且涂布的精度、涂布的厚度控制一致性比較差，良率會降低。

我們蜂巢能源歷時三年多，從材料到體系，從工藝到設備突破了數10種技術，全球首創了極性變換固態電解質隔膜技術。通過觸變粘接劑技術實現膠層的極性變換，使隔膜上的涂層實現空間轉移，離子電導率提升10%以上，200度以上的熱收縮率下降了20%以上，大幅提升安全性能。

在制造工藝上蜂巢能源也做了大量的優化改善。

在微觀層面，極片表面是不均勻的，是存在各種大小的顆粒的不均勻，傳統的熱壓無法做到均勻的轉移。我們結合大量的極片的微觀形貌數據以及AI的算法分析，做了大量的分級和分類的驗證，制定了一套仿型的梯度熱壓技術，配合我們的新型隔膜，實現固態電解質涂層能夠全面的熱壓之后轉移到正極表面，同時與傳統的涂層技術相比，可以100%的兼容現有的液態電芯的產線，無需進行產線的改造，真正做到低成本、可量產、可制造，相較于傳統的液態電芯，半固態電池的本征安全得到了大幅的改善和提升。

在電芯層面，我們通過半固態技術，電芯的自產熱溫度提高了8度，熱失控的起始溫度提高了5度，T1到T2的安全緩沖時間會得到延長，大概延長10%。這個時間特別重要，對于PACK來說，熱失控的時間越長，散熱越有利，所以熱失控緩沖時間延長之后，發生的概率會降低大概25%左右。

在系統層面，半固態電芯的熱失控噴發更加穩定，只要做到電芯定向噴發，就從PACK的防護層級可以做到相鄰電芯不蔓延或整包不熱失控。失控電芯的用了半固態技術之后，失控，電芯的殼體破裂區域更加小、更加可控，所以系統的防護成本可以降低20%左右。

我們同時分析了市場上11款已經上市的車型，車型的失效模式從幾萬公里到50萬公里的這些車型，排在首位的失效模式是電芯的壓差問題比較突出，占比超過了80%，電池包內一般會超過100顆電芯以上，電芯之間的壓差會直接導致整車的續航縮水，影響終端客戶的使用價值、使用感受，引起客戶的抱怨。其中電芯的制程缺陷引起的壓差問題尤為突出，占比超過了90%。Top問題包括了電芯的隔膜的刺破、積損、異物等等引發的微短路，會造成電芯在使用過程中自放電，進而產生電芯壓差的不一致性。通過固態電解質的涂層技術，可以有效切斷正極與負極間的微短路路徑，有效避免壓差。我們內部也做了統計和推演，市場上因壓差導致的不良可降低18%以上，有效避免壓差帶來的續航問題，大幅改善制程和售后的質量。

在正極材料方面，我們創新性地應用了多元素協同的高熵設計，深度融合了兩大創新技術。第一個是原位包覆技術，通過引入快離子導體，實現對活性物質原位界面的修飾，顯著提升了材料的本征熱穩定性，使DSC的熱溫度提高了5度，大幅增強了電芯的安全邊界。第二個是通過高熵多金屬摻雜技術，通過引入多種高價金屬元素進行晶格內的摻雜，利用材料的高熵效應，提高材料的本身的結構穩定性。相較于傳統的摻雜技術，這種多元素摻雜之后，循環改善會提升20%，同時產氣量會降低25%。

負極技術通過界面調控實現更加完美的負極復合體。主要有兩大技術實現。第一個是三維硅硅碳前驅體的摻雜技術，在三維硅碳前驅體摻雜CNT可以使材料的電子電導率提升20%，同時使材料的膨脹率降低20%左右。第二個是石墨表面的修飾技術，在石墨表面進行功能基團的修飾，可以使材料鋰離子的擴散系數提高50%，膨脹率降低5%。兩種技術復合使用在電芯層級的功率性能可以提升30%，膨脹可以降低10%。

電解液技術，通過弱配位、小分子的復合溶劑的應用，可以實現電芯的充電能力提升15%左右。弱配位的特性可以顯著降低鋰離子脫溶劑化的能壘，進而降低電池的界面阻抗，降低低粘度的特性，同時可以顯著提升電解液的離子電導率。第二個是動態自適應鈍化膜，通過不飽和磷酸酯的加入，在電極的界面上實現交聯聚合，可以形成高彈性模量的SEI膜。在電芯充放電過程中材料的膨脹，可以避免SEI膜的大幅的破裂，可以提升電芯的循環壽命15%，并且可以降低電芯在使用過程中的產氣量40%以上。

結合以上的創新技術，我們的半固態產品完成了初步的規劃，實現了動力、低空全領域的應用。第一代高鎳半固態已經實現小批量量產，在歐洲高端乘用車品牌已經完成了首搭。第二代高鎳半固態技術也已經開發完成，正在低空eVOTL領域進行試飛測試。

剛剛楊總也介紹了在中鎳三元領域是市場規模更大的三元市場，我們也將半固態技術應用到了中鎳三元的領域，在26年10月份會實現量產，進一步擴大應用市場，讓半固態發揮更大的價值。

除了半固態的電芯技術，在低空領域，我們也在半固態的PACK上做了大量的創新，今年也開發了一款800公斤級的低空飛行器的電池系統，低空飛行器對電池的各個方面的性能要求都比較極致。總結起來就是“三高一快”：更高的能量密度的要求，更高的功率，更高安全的要求以及更高快充的要求。

除了電芯的提升以外，PACK設計應用了更多的輕量化技術，更高效的熱管理技術和系統的熱防護技術，做到了系統能量密度230瓦時每公斤，持續5C的放電能力和峰值8C的放電能力，全方面地做到了電芯熱失控，整包不起火。

針對飛行器更高能量密度的要求，輕量化的設計，我們做了大量的仿真，因為低空飛行器的工況，無論是機械性能的工況、可靠耐久的工況、結構安全的工況，需要通過大量的仿真的技術來識別更優質的合金殼體技術。同時我們把金屬和復合材料以及電氣結構復合到一起，做到一體化設計，使整個結構設計減重了10%以上。

針對高功率高快充的要求，我們首次使用了田字型的模組陣列，同時創新性地應用了十字型激光焊接冷板技術，相比常規的三明治的結構設計，空間利用率可以提高5%，十字型的激光焊接冷板比常規的冷板結構強度可以提升50%，同時做到既是散熱板又是承重梁的作用。電池包兩側外殼可以集成風翅均溫板。剛剛楊總提到的這個也在業內屬于首次應用，均溫板的利用可以用相變的材料，相變介質，通過沸騰換熱的特性實現電芯間的快速均溫，可以實現系統溫度和系統溫差同步降低超過10%以上。

針對高安全的要求，有兩個特點，第一，電芯間我們使用了相變的隔熱材料，能夠實現智能的溫控、熱失控阻隔的雙重作用。熱失控發生之后，保證電芯大面結構完整，實現電芯的定向爆破。第二點是通過特殊的箱體結構設計，實現每個模組都具有獨立的排氣通道，使整包能夠定向的導流，降低排氣對相鄰模組相鄰電芯的影響，避免產生連鎖反應。剛剛楊總的演講中介紹了蜂巢能源龍鱗甲電池的開發過程，我們前兩代的龍鱗甲電芯都是基于短刀做的開發。第三代龍鱗甲電芯是基于方形電芯，在實現熱電分離的同時，考慮更好的結構性能的提升，以及對整車CTC、CTB架構的兼容的理念，設計了我們方形電芯龍鱗甲3.0的理念。

目前行業內主流的方形電芯的PACK設計設計形式主要有這三種，按照極柱的朝向，首先是傳統電芯的政治電芯，底部防爆閥的正置和傳統的電芯倒置這幾種形式，但是這幾種方案都無法同時做到熱電分離，并且兼容CTC、CTB的架構設計，安全性和強度結構強度上仍然存在不足。所以我們的第三代龍鱗甲的電芯在傳統的方形電芯基礎上進行了整體的優化。第一個就是容量方面做了提升，我們通過極耳的錯位技術，電芯蓋板結構的優化，實現了電芯內極組空間利用率提升了大概3%。

通過整包三明治的結構設計，提升了電芯在PACK內部的空間利用率，大概4%~7%，進而達到了整包空間利用率的極致利用，使整包的容量提升7%~10%。同時三明治的結構設計可以實現整波的模態大幅至少提升20%，它的可靠和耐久會進一步的得到提升。

在安全方面，我們實現了電芯極柱與排氣通道的有效分離，同時排氣空間與底部的防撞空間共用，真正做到了火電分離，提升系統的熱安全性能。

龍鱗甲的電芯要和PACK協同設計，實現性能和兼容性的全面提升。

極致的電量，龍鱗甲的3.0和PACK的協同設計，使這項空間的利用更加極致。電芯高度可以增加5毫米，派克的尺寸不變的情況下，可以使電量提升8%~10%，極致的安全熱電分離，熱失控的時候電芯朝下噴發，避免了熱失控的火焰直噴承壓艙，更有利于做CTC、CTB。

極致的快充。我們可以兼容極柱冷卻，雙面上下雙面冷卻，可以結合底部的冷卻支撐，電芯的8C以上的快充能力，同時可以做到極致的兼容。

由于電芯結構的調整，可以實現與整包上蓋的連接，更加適合C2C和C2B的架構設計。我們半固態龍鱗甲3.0也將搭載我們客戶的全新平臺，在27年一季度實現量產。

剛剛楊總還發布了80度電以下的超充產品，實現了超充的“科技平權”，打破了10萬級EV充電緩慢的標簽。

除了電芯和PACK本身的升級外，我們還做了離子振蕩的脈沖充電技術，在不改變電芯和PACK設計的情況下，使電池的充電能力提升25%以上。動力電池的充電策略，目前我們大概做了劃分，已經經歷了三代的變化，第一代沿用的是3C數碼的傳統的恒流恒壓的充電方式，恒定的電流充到一定的截止電壓之后，開始小電流涓流充電，這個電芯在低SOC段的充電能力沒有得到有效的發揮，同時在高SOC段的充電電流比較激進，容易產生安全隱患。所以行業里邊現在主要用的是第二代的充電技術，也就是說階梯充電電流會隨著SOC的變化進行逐漸的調整，但是電流的梯度變化比較大，沒有充分發揮出來電芯本身的能力，為了更大的發揮電芯的充電能力，通過溫度的預測、SOC的預測、電壓的預測技術，可以融合更多的充電方案。

市場上出現了2.5代的充電技術，使充電時間可以縮短15%左右。第三代的充電技術是通過電池、充電樁和電機協同控制，可以實現對電池包的低溫加熱。同時在80%和100%的SOC的時候，充電可以得到適當的改善，原因就是它既充電又放電，功率變化比較大，對電池的溫升更加明顯，整體的充電時間與2.5代相當，但是系統比較復雜，使用受到限制。

接下來我向大家介紹蜂巢能源開發的第3.5代的離子震蕩快充技術。我們從鋰電池充電的7步原理出發，通過反應能力的仿真計算，結合實驗室的驗證，確定充電速率的短板，研究發現快充過程中鋰離子得電子的速率遠遠滯后于電子的傳輸速率，會產生電化學極化。同時鋰離子在液相、固相傳輸過程中會產生濃差極化，這兩個點是制約快充的關鍵因素。

為了提高快充能力，如果直接提升持續的充電，會導致鋰離子在負極界面迅速的累積，濃度達到一定值，會發生析鋰。為了解決這個問題，我們根據不同的SOC階段，通過DCR及極化累積特點的精細化區分研究，結合50萬臺以上的售后數據，最終開發了一整套隨SOC隨溫度可以動態適應的離子振蕩充電技術。

通過快充過程中的電流的智能調節，以及間歇性的馳豫進行電芯內部離子振蕩的再分布，可以有效消除至少50%以上的累積極化，使鋰離子均勻嵌入負極，快充速度可以縮短25%以上。

離子振蕩的脈沖技術可以實現全溫域全窗口的應用，目前已經完成了電芯級別，整包和整車級別，累計測試超過2萬個小時，充電時間大幅縮短超過25%以上，同時對成本沒有任何影響。離子振蕩技術，我們同樣當也將搭載客戶的全新平臺，在26Q3實現全面量產，應用。最后，山海尋夢不覺其遠，前路迢迢闊步前行，讓我們為了夢想繼續加油。

文章來源：豬八戒的美好生活

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