高层定调:加快固液混合电池技术研发和产业化

政策层面开始呼吁:加快固液混合电池关键技术的研发和产业化。

近日,国家科学技术部高新技术司副司长续超前表示,"十四五"期间科技部将坚持电动化、智能化、网联化发展方向,围绕电动汽车产业链最关键的动力电池,前瞻部署开展固液混合态高比能锂离子电池、无钴动力电池等共性关键技术的研发。

全固态电池虽好,但现阶段来看仍然道路曲折。原本丰田计划在2020年的东京奥运会上亮相搭载固态电池的电动汽车,但是东京奥运会延迟了一年,在2021年的东京奥运会上,丰田却放了鸽子——搭载固态电池的样车并未亮相。

业界普遍认为,未来3到5年内要实现全固态电池产业化仍不太容易。此外,作为动力电池龙头,宁德时代也希望推出全固态电池,但真正量产的时间节点预计要到2028年或者2030年。

国轩高科高级副总裁徐兴无表示,完全靠固态电池,导电率还没有达到液态的水平,界面很难解决,所以采取折中的办法,“折中的办法就是固液混合的电解质,或者说是半固态电池,业内大部分企业的固态电池都处于这一阶段。”

据悉,在国轩高科的电池技术路线规划中,公司有望在2022年前后实现高安全的固液混合电池的产业化应用。

值得注意的是,部分从固态电池技术起步进入电动汽车电池技术领域的电池企业,也将前几代电池产品定位在固液混合电池阶段,目前包括浙江锋锂、卫蓝新能源的第一代固态电池产品均属于固液混合电池。

年初蔚来汽车宣布,将在2022年推出可满足续航1000公里、能量密度高达360Wh/kg的固态电池,蔚来后续证实为固液混合电池。

实际上,近日科技部高新技术司副司长续超前公开为固液混合电池“站台”,可以理解为这种技术已经在一定程度上获得了官方的认可。

另外,电池中国从多个信源了解到,2023年固液混合的半固态电池,或将开始导入电动汽车。

全固态暂时无望,多家企业聚焦固液混合电池

在高能量密度、高安全的诉求下,作为下一代动力电池的重要技术路线,固态电池被寄予厚望。

但考虑到全固态锂电池目前尚未完全解决循环过程中固相界面接触及体积膨胀问题,材料体系、生产工艺、应用技术不成熟,且未形成供应链及充分验证,短期内无法实现大规模量产。

截至目前,固态电池在世界范围内尚处于研发阶段,还没有企业展示综合性能及成本都能与液态锂电池相媲美的大容量固态动力电池。

从现阶段技术发展来看,鉴于固态电池面临大规模量产的诸多现实难题短期无法突破,而新能源汽车对高安全、高能量密度动力电池的诉求又较为迫切,作为折中方案,多家电池企业将焦点放在固液混合电池技术上。

液态锂电池采用的是液态电解液作为电解质,全固态电池只含有固态电解质,不包含任何液体电解质。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液和固体电解质。

值得一提的是,除了在电解质形态上较全固态电池更容易从技术上实现外,固液混合电池还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,实现高能量密度与高安全性兼得,可率先实现产业化。

“(混合态)对现有的液态锂离子电池产线没有特别大的颠覆,固液混合也适合采用软包叠片的工艺,且装配上与现在的软包液态有极大的兼容性,可能超过80%,剩下20%可以通过现有产线改造,不需要大的颠覆就能实现规模化、自动化和高效量产。”浙江锋锂新能源科技有限公司总经理许晓雄认为,未来几年,固液混合锂电池将是车用动力电池主要趋势之一。

“全固态电池研究需要持续优化并解决关键材料和技术、生产工艺和成本等问题,”中国科学院物理研究所研究员李泓表示,目前看,固液混合动力电池是液态锂离子电池性能提升的重要可行技术路径。

性能突破液态“天花板”

今年1月,蔚来汽车发布的半固态电池包:电芯能量密度达到360Wh/kg,单包带电量达到150kWh;材料体系方面,正极用的是超高镍,负极为掺硅补锂,电解质是固液混合电解质;采用的是软包封装结构。

360Wh/kg的单体能量密度,已经远超目前主流三元的260Wh/kg能量密度,同时也突破了液态三元电池350Wh/kg的天花板。

据许晓雄透露,浙江锋锂的混合固液电池产品在体系规划上目前已迭代到第二代产品:第一代以三元为正极,采用柔性固态电解质隔膜,用石墨为负极,能量密度达240Wh/kg-270Wh/kg;第二代也以三元为正极,采用柔性固态电解质膜,负极则采用锂金属,能量密度达320Wh/kg-420Wh/kg,循环、充放电等性能还在进一步优化。

据悉,卫蓝新能源针对车用领域推出的固液混合电池,能量密度已达到270Wh/kg,“我们正在按计划推进更高能量密度的固液混合电池研发和工程化,预计明年下半年就会给客户提供批量验证。”北京卫蓝新能源科技有限公司副总经理李永伟透露。

公开资料显示,目前国轩高科半固态电池性能方面能够做到610Wh/L、300Wh/kg、循环1000次的程度,安全性可以满足客户的需求。

多家企业争相布局,2023年或将批量导入车用市场

为避免与传统主流的液态电池企业竞争,多家通过固态电池技术切入电动汽车市场的电池企业已经开始进行固液混合电池的试制。

2020年8月,蔚蓝新能源在江苏溧阳建成了0.2GWh的固液混合电池示范生产线,产出的产品能量密度达到270Wh/kg,倍率性能方面可以实现3C的连续放电,目前该产品仍主要用于工业类无人机、特种应用领域等。

针对车用动力电池领域,据媒体报道,目前卫蓝新能源正在建设一条2GWh的规模化固液混合动力电池生产线,新产线主要生产能量密度在350Wh/kg-360Wh/kg的新能源汽车用动力电池。

去年11月,浙江锋锂首条0.3GWh固液混合锂电池产线建成投产;今年7月,江西赣锋锂电科技有限公司(浙江锋锂母公司)与东风公司技术中心签约,双方就固液混合电池示范运营合作进行洽谈,并签订固态电池E70车型示范推广协议。

据悉,赣锋锂电今年将继续扩大1GWh固液混合电池产能,支持客户产品验证和应用。

除了前述企业,目前国内已经布局固态电池研发的单位,包括宁德时代、清陶能源、弗迪电池、亿纬锂能、孚能科技、蜂巢能源、辉能科技等数十家电池企业、车企及研究机构,且已经有不少企业在固液混合电池方面取得一定进展,预计从2022年下半年开始,固液混合电池的产业化进程会明显提速。

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