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固态电池商业化，辉能科技的野心与进击

时间:2020-04-24 08:18来源:中国电池联盟 作者:苏客
点击: 次
       固态电池或将成为动力锂电池技术的下一个风口，似乎是大多数业内人士的共识。不论是“三雄争霸”的中日韩，还是手握“利剑”（多项电池核心技术专利）的美国，包括近年来的“后起之秀”欧洲诸国，都试图占领这一“风口浪尖”。
 
       只是这个风口到底什么时候来临，大家还只是持观望态度。毕竟，固态电池这条路，想走的顺风顺水，并没有想象中的那么容易。
 
       值得注意的是，辉能科技日前对外宣布今年预计完成1GWh车载固态电池产线的试车，2021年将开始量产，会比同行早4—5年时间，此举不可谓不“狂妄”。有此野心者，目前为止，好像仅丰田一家。
 
       据辉能科技介绍，在电芯方面，他们最新可量产的动力电池固态产品为SN-01，是基于自身开发的固态陶瓷电解质、采用NCM811＋硅系负极体系，体积能量密度达550wh/L，重量能量密度可达231wh/kg，并且可以实现5C快充的产品。
 
       先来介绍一下固态电池，再分析辉能科技的固态电池的量产。
 
       固态电池本质上和一般的锂电池相同，都是靠锂离子在电池的正负两极之间穿梭往来，实现充放电的功能。不同的是，固态电池电解质是固态的，而一般的锂电池电解质是液态的。
 
       根据固态电解质材料的不同，固态电池可分成聚合物、氧化物和硫化物，其中聚合物电解质属于有机电解质，氧化物与硫化物属于无机陶瓷电解质。
 
       聚合物电解质主要由聚合物基体与锂盐构成，其优点在于高温离子电导率高，易于加工，电极界面阻抗可控。因此最先实现了产业化技术方向，例如Bollore和清陶就是这种技术路线。
 
       固态电池之所以比较被看好，就是因为在理论上解决了当前困扰锂电池，尤其是动力电池行业的两大根本痛点，即安全问题和能量密度。
 
       从安全方面来讲，液态电解质中含有易燃的有机溶剂，发生内部短路时温度骤升容易引起燃烧，导致电池起火爆炸。
 
       虽然，液态电解质可以通过加装温控和防短路这样的安全装置起到一定预防作用，但终究是治标不治本，无法彻底解决安全问题。
 
       而固体电解质材料不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题，也有望克服当前困扰整个锂电池行业的锂枝晶问题。
 
       此外，固态电解质的绝缘性使得其可以把电池正极与负极阻隔，从而做到有效避免正负极接触发生短路的隐患。
 
       从能量密度方面来讲，使用了固态电解质，之前与液态电解质兼容不好的更高性能的正负极材料就可以应用上了。
 
       所以，在有固态电解质之后，理论上电池的比能量就可以轻松突破350Wh/kg的天花板，甚至超越400Wh/kg。
 
       此外，在循环寿命方面，固体电解质可以避免液态电解质在充放电过程中持续形成和生长界面膜和锂枝晶刺穿隔膜等问题，从而大大提升了锂电池的循环次数和使用寿命。
 
       现在的问题是，理论上的优势并不代表已经实现了量产，固态电池要想真正作为动力电池被大规模应用并实现产业化，还有很多技术问题需要解决，如固态电解质室温电导率问题、金属锂作为负极问题等。
 
       首先，电解质的功能是在电池充放电过程中为锂离子在正负极之间移动搭建通道，而决定锂离子传输顺畅与否的指标就便是离子电导率，离子电导率的高低直接影响电池的整体阻抗和倍率性能。
 
       目前为止，无论是哪种材质的固态电解质，离子电导率都普遍偏低，其中硫化物电解质的电导率相对较高，但也只限于和最差的聚合物电解质作对比。
 
       在室温25度下，聚合物电解质的电导率要低于常规液态电解质5个数量级，到60度时，依然差着2个数量级，到120度的时候依旧有1个量级的差距。
 
       要保证聚合物固态电池的电动车正常运行，就必须将电池加热到80度，因为只有温度升高后，电池的导电性才能变好。
 
       而升高电池温度不仅麻烦，而且消耗能量，会导致电池Pack的有效能量密度显著下降，同时由于聚合物固态电池的功率性能较差，所以在实际使用时，还需要和大功率的超级电容器配合使用。
 
       固态电解质电导率总体低于液态电解质，导致目前固态电池的内阻过大，倍率性能整体偏低，也就暂时无法实现快充。
 
       其次，由于固态电解质的真实密度显著高于液态电解质，为了获得较低的接触电阻，固态电解质体积占比一般会显著高于液态电解质电池，因此固态电池的能量密度必然低于液态电解质电池。
 
       所以，如果不改变固态电池现有的正负极体系，只是单纯的把液态电解质更换为固态电解质，是无法从根本上提升固态电池能量密度的。
 
       因为固态电解质的使用，在提升能量密度上不仅相对于现有的三元正极+液态电解质+硅碳负极改变不大，甚至还拖了后腿。而制造金属锂负极材料的工艺又极其复杂，且安全性没有保障。
 
       现在来看辉能科技的固态电池产品，根据辉能科技介绍，他们是针对硅负极存在的库伦效率问题，导入负极预锂化和正极富锂化技术，如果预锂化技术研发成功，固态电池性能将有所提升。
 
       辉能科技还称，他们在负极上加大了硅的比例，目前已经能找到100% SiOx下克服体积膨胀的方式，并已申请专利。
 
       此外，辉能科技表示，他们在固态陶瓷电解质上不断降低了厚度，在不影响导电率的情况下，可以从现有的45μm逐步降低至25μm。另外，在集流体上，铝箔可以从15μm减薄至10μm，铜箔则可往4.5μm降低。
 
       另外，根据辉能科技介绍，在Pack方面，他们正在储备和开发新一代固态电池MAB系统，采用第二代MAB技术＋风冷设计。
 
       MAB是辉能科技基于其固态电池自主研发的多轴向双极技术，是通过内部串并联，电芯可以组成一个大的复合式电池芯，可以节省掉外部串联所需的打线、金属柄或金属棒等，既降低阻值，减少发热问题的产生。这样一来，保护系统、冷却系统、BMS系统就可得到简化，同时重量/体积成组效率得以增加。
 
       综上来看，辉能科技固态电池商业化之路的实现，至少有了一定的基础条件，但最后结果如何，最终还是得市场说了算。
 
(责任编辑：子蕊)
文章标签： 固态电池 锂离子电池 辉能科技 固体电解质
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