能量密度高，成本低……這是真實的固態電池嗎？

對固態電池研究的越深入，越明白這條路的不易。但至少我們正在逐一解決動力電池的問題，從能量密度、安全性到成本。現在有一種說法叫后鋰電池時代。在這里，液態鋰電池無法兼顧安全性和能量密度，這個弱點成為了它的致命一擊。不能作為電動車進入未來的能源。固態電池被電池廠商和車企視為希望。它的開發進程和量產進度直接關系到電動車能否成為主流的汽車選擇。至少現在，不同公司的意見都集中在這一點上。很多企業對固態電池的大方向沒有異議。但隨著研發的不斷深入，圍繞固態電池出現了很多細節問題，如電解液路線、固液相、成本等。針對這些問題，NE時報記者采訪了省匯能CEO楊思遠。作為固態電池尤其是氧化物體系的主要推動者，慧能的思想成為我們探索固態電池世界的一扇大門。固態和液態固態電池是液態電池的延伸，是一種補救措施。一開始可以繼續使用液體正負極材料和供應鏈，減少商業化道路上的額外成本增加。在此基礎上，用固體電解質或混合電解質代替液體電解質，加強安全性。量產車上應用最廣泛的液態電池是NCM522電池或NCA電池，車企最期待的是NCM811電池。目前NCM811電池的系統能量密度可以提高到170-180Wh/kg，基本是動力電池能達到的峰值。但是，上面太冷了。當高含量的鎳幫助液態電池達到能量密度的峰值時，就面臨著瓶頸問題，無法繼續下一個峰值。與此同時，它也開始發揮破壞性的作用。電解液的化學窗口較低，額定電壓約為3.7V，而高鎳正極材料需要更高的電壓來增加其容量，該電壓會導致電解液解體，引起爆炸。電動汽車要想取代燃油汽車成為主流選擇，需要有不相上下的續航里程。能量密度是會計耐力的關鍵指標。這意味著電池廠將進行高鎳三元鋰電池。同時必須保證整車的安全性，這是電動車和智能車普及的基礎。動力電池，能源的起點，是電源安全的第一關。因此，新一代動力電池需要在保持和延續液態電池高能量密度的同時，解決安全問題。這是固態電池出現的主要目的。當然除了固態電池還有其他解決方案，比如鋰硫電池、鋰空氣電池。但根據慧能的研究，“無論是鋰硫電池還是鋰空氣電池，都處于非常早期的實驗室研究階段，預計要到2035年到2040年才會出現基礎技術，電池技術才會成熟。在此之前，它不具備商業化的可能性。”就電動汽車的發展時間而言，2025-2040年是其發展的黃金期。在此期間，電動汽車能否大規模上路，決定了它能否作為未來汽車的解決方案。這又取決于動力電池的技術進化速度。按照這個時間點，相比之下，在各種新型電池系統中，固態電池是最接近產業化的下一代技術。在慧能看來，固態電池用固體電解質代替液體電解質，遵循目前的三元正負極體系，更像是磷酸鐵鋰電池(高安全性)和三元鋰電池(高能量密度)的結合。在液態電池上升空間有限，鋰硫鋰空氣電池遙遙無期的時候，固態電池成為未來電動車的希望。然而，建立這種希望的過程并不容易。固態電池用在電動汽車上，技術路線很難。固體電解質減緩運行速度……鋰離子“運動員”的d，即使改變正負極系統，也沒有辦法像想象的那樣大幅度提高能量密度和充放電功率。導致電池廠糾結于硫化物、氧化物、聚合物等電解質路線之爭，固液混合物依然全是固體。根據電解質材料，固態電池可分為硫化物、氧化物、聚合物等。不同的電解質材料各有優缺點。例如，硫化物材料固有的高導電性，它可以適應寬的電化學窗口。換句話說，在更寬的電壓范圍內，電解液不會參與化學反應，讓鋰離子老老實實地流動。它的缺點是材料非常敏感，不穩定，遇到水蒸氣后容易形成硫化氫。因此，在大規模生產中很難控制，需要在整個干燥過程中完成。硫化物系統的代表豐田正在解決抑制硫化氫氣體產生的問題。氧化物體系分為厚膜和薄膜。共同特點是電解液化學穩定性高，能在高溫下工作，但電解質片易脆斷。不同的是，厚膜要解決的主要問題是室溫電導率低，而薄膜的制備成本高，只能做成郵票大小，大規模生產太貴。目前國內固態電池生產企業大多走氧化物路線，如匯能、陶青、衛蘭、贛鋒鋰業等。固液混合和全固態的選擇關系到固態電池的能量密度和充放電速率。固態電池除了安全性高，還一度被認為具有能量密度高、充放電速度快的優點。這是因為它可以避免短路后熱失控的問題，并且可以使用鋰金屬陰極和高壓陰極材料來提高能量密度空間。然而，固體電解質可以帶來穩定性的好處，但它不能像液體一樣滲透到電極的所有角度。這導致電極與固體電解質的接觸面積很小，界面電阻很大，影響離子電導率。以電導率最高的硫化物為例，其室溫電導率為10-3-10-2S/cm，而傳統液體電解質的室溫離子電導率約為10-2S/cm，僅相差一個數量級。氧化物的室溫電導率低于硫化物，約為10-4-10-3S/cm。為了提高電導率，國內的惠能、陶青和贛鋒鋰業在氧化物去除系統中添加了少量的液體電解質，以解決電導率低限制能量密度的問題。固態電池產品都是固液混合電解質電池。此外，在氧化物固體電解質和正負電極中引入“內通道技術”(即its Ceramion技術)，提高室溫電導率，降低內阻，實現5C快速充電的可能性。在液體電池安全問題有待解決的時候，全固態電池受限于技術和成本，很難量產。準固態電池作為一種過渡產品，從解決電池安全入手，實現規模效應，降低固態電池產業化成本，似乎是一種更可靠的方式。NE時代了解到慧能對自己的固態電池的產品規劃是從準固態到固態。2018-2023年，第一代固態電池使用液體電池的正負極，正極由NCM622升級為NCM811，負極由石墨改為SiOx含量高(14% ~100%以上)的石墨復合材料。目前，其PLCB和BLCB固態電池是第一代氧化物固態電池產品。其電解質為固液混合電解質，正負極材料為NCM和石墨。根據慧能的測試數據，固態電池的比能量為215Wh/kg，體積能量密度為540Wh/kg，略低于液態電池。然而，到2021年，固態電池的能量密度將與液態電池相同……通過采用利用率更高的活性材料，然后逐步超越。固態電池的能量密度優勢在電芯層面相對不明顯，在電池組層面更為突出。根據慧能的計算，采用雙極電池封裝技術后，固態電池在重量能量密度和體積能量密度兩個維度上的組效率分別為82%~85%和70~75%。所以PACK的能量密度可以達到176Wh/kg和405 wh/L，這時候相比液體電池，固態電池今年更能顯示出自己的優勢。在電池電芯的能量密度上，在固體內阻和能量損失較高的情況下，電池廠需要升級正負極材料，提高鋰離子的擴散能力。以匯能為例，其2023年后的第二代固態電池減少了活性物質的用量，正極為HNCA/HNMC，負極為鋰金屬或純硅。固態電池的成本在固態電池廠商選擇路線，攻克技術難關的時候，擺在他們面前的還有一個成本問題。新能源汽車補貼逐年減弱。當車企不再以補貼作為其電動車價格的噱頭，而是貼出真實價格，誰能推出比競爭對手性價比更高的電動車，誰就更貼近消費者。動力電池占整車成本的30%到40%。如果不能控制電池成本，電動汽車將很難滿足終端消費者對價格的需求。固態電池作為一種新的電池技術，還沒有在量產車上使用。一方面，主機廠還在驗證固態電池的性能；另一方面，與液體電池相比，固態電池在一定條件下是否具有成本優勢？這個優勢是否足以引起汽車制造商的興趣？在回答這個問題時，慧能首席執行官楊思遠說:“在成本方面，我們的重點不是在電池端，而是在電池組端。”這源于固態電池的安全優勢。在電芯層面，不會因為液體電池串聯后電壓升高導致電解液崩解。因此，固態電池可以相互串聯和并聯，而不受電解液允許的最大電壓的限制，從而提高了單位電壓和容量。這就是固態電池的多軸雙極技術，比如慧能的MAB技術。電池單元內部串聯和并聯連接，可以形成大型復合電池單元。省去了外部串聯所需的引線鍵合、金屬手柄或金屬棒，既降低了電阻值，又減少了發熱問題的發生。此時可以簡化保護系統、冷卻系統和BMS系統，提高重量/體積分組效率。這是慧能固態電池的包能量密度能超過液態電池的主要原因。組效率提高，冷卻系統簡化，進一步影響成本，有助于固態電池被接受和認可。慧能計算后發現，固態電池在電芯層面的成本要高于液態電池。即使產能達到20GWh，固態電池依然是液態電池的1.1倍。在包級別，當產能達到20GWh，達到一定規模效應時，固態電池的成本是液態的98%。如果是類似固態電池的MAB技術，PACK的成本會更低，大約是競爭對手的70%。慧能CEO楊思遠在接受采訪時反復強調“規模資本”:“固態電池的投資確實太大了。如果沒有達到一定規模，其優勢不會很快呈現。”找到合適的合作伙伴，是慧能認為可以快速實現規模的方式。中國專注于電動汽車的發展，因此選擇與天際線、蔚來和央企汽車廠聯合開發一款使用MAB固態電池的原型車。“2021年桃園1-2GWh生產線建成投產后，我們將于2022年開始銷售電動車用固態電池。大概到2023年，道路上會出現使用固態電池的車輛。”固態電池在電動汽車上的應用需要經過長期的測試，但其應用領域并不僅限于此，還可以涵蓋頭盔、智能設備、電動摩托車、儲能系統等可穿戴產品。“日本、東南亞等地的摩托車比較普遍，我們對固態電池在電動摩托車、電動滑板車上的應用很感興趣。”多用途的開發也是為了固態電池的大規模產業化。在楊思遠看來，“規模資本”是固態電池大規模產業化的“最大壁壘”。因此，他希望在固態電池發展初期，能得到國家補貼或配套設施。這應該也代表了其他固態電池廠商的心聲。10月16日-17日，NE時代將在上海舉辦“2019中日韓下一代電池技術大會”。屆時，慧能CEO楊思遠、陶青總經理李政博士、衛蘭固態電池部負責人李久明等都將發表演講，分享固態電池的最新技術進展。在此，NE時代誠邀業界朋友共同探討和參與，共同開發動力電池的無限可能。對固態電池研究的越深入，越明白這條路的不易。但至少我們正在逐一解決動力電池的問題，從能量密度、安全性到成本。現在有一種說法叫后鋰電池時代。在這里，液態鋰電池無法兼顧安全性和能量密度，這個弱點成為了它的致命一擊。不能作為電動車進入未來的能源。固態電池被電池廠商和車企視為希望。其發展過程和……ss的生產進度直接關系到電動汽車能否成為主流汽車的選擇。至少現在，不同公司的意見都集中在這一點上。很多企業對固態電池的大方向沒有異議。但隨著研發的不斷深入，圍繞固態電池出現了很多細節問題，如電解液路線、固液相、成本等。針對這些問題，NE時報記者采訪了省匯能CEO楊思遠。作為固態電池尤其是氧化物體系的主要推動者，慧能的思想成為我們探索固態電池世界的一扇大門。固態和液態固態電池是液態電池的延伸，是一種補救措施。一開始可以繼續使用液體正負極材料和供應鏈，減少商業化道路上的額外成本增加。在此基礎上，用固體電解質或混合電解質代替液體電解質，加強安全性。量產車上應用最廣泛的液態電池是NCM522電池或NCA電池，車企最期待的是NCM811電池。目前NCM811電池的系統能量密度可以提高到170-180Wh/kg，基本是動力電池能達到的峰值。但是，上面太冷了。當高含量的鎳幫助液態電池達到能量密度的峰值時，就面臨著瓶頸問題，無法繼續下一個峰值。與此同時，它也開始發揮破壞性的作用。電解液的化學窗口較低，額定電壓約為3.7V，而高鎳正極材料需要更高的電壓來增加其容量，該電壓會導致電解液解體，引起爆炸。電動汽車要想取代燃油汽車成為主流選擇，需要有不相上下的續航里程。能量密度是會計耐力的關鍵指標。這意味著電池廠將進行高鎳三元鋰電池。同時必須保證整車的安全性，這是電動車和智能車普及的基礎。動力電池，能源的起點，是電源安全的第一關。因此，新一代動力電池需要在保持和延續液態電池高能量密度的同時，解決安全問題。這是固態電池出現的主要目的。當然除了固態電池還有其他解決方案，比如鋰硫電池、鋰空氣電池。但根據慧能的研究，“無論是鋰硫電池還是鋰空氣電池，都處于非常早期的實驗室研究階段，預計要到2035年到2040年才會出現基礎技術，電池技術才會成熟。在此之前，它不具備商業化的可能性。”就電動汽車的發展時間而言，2025-2040年是其發展的黃金期。在此期間，電動汽車能否大規模上路，決定了它能否作為未來汽車的解決方案。這又取決于動力電池的技術進化速度。按照這個時間點，相比之下，在各種新型電池系統中，固態電池是最接近產業化的下一代技術。在慧能看來，固態電池用固體電解質代替液體電解質，遵循目前的三元正負極體系，更像是磷酸鐵鋰電池(高安全性)和三元鋰電池(高能量密度)的結合。在液態電池上升空間有限，鋰硫鋰空氣電池遙遙無期的時候，固態電池成為未來電動車的希望。然而，建立這種希望的過程并不容易。固態電池用在電動汽車上，技術路線很難。固體電解質減緩鋰離子“運動員”的奔跑速度，即使改變正負極系統，也沒有辦法像想象的那樣大幅提高能量密度和充放電功率。導致電池廠糾結于硫化物、氧化物、聚合物等電解質路線之爭，固液混合物依然全是固體。根據電解質材料，固態電池可分為硫化物、氧化物、聚合物等。不同的電解質材料各有優缺點。例如，硫化物材料本身……高導電性，并能適應較寬的電化學窗口。換句話說，在更寬的電壓范圍內，電解液不會參與化學反應，讓鋰離子老老實實地流動。它的缺點是材料非常敏感，不穩定，遇到水蒸氣后容易形成硫化氫。因此，在大規模生產中很難控制，需要在整個干燥過程中完成。硫化物系統的代表豐田正在解決抑制硫化氫氣體產生的問題。氧化物體系分為厚膜和薄膜。共同特點是電解液化學穩定性高，能在高溫下工作，但電解質片易脆斷。不同的是，厚膜要解決的主要問題是室溫電導率低，而薄膜的制備成本高，只能做成郵票大小，大規模生產太貴。目前國內固態電池生產企業大多走氧化物路線，如匯能、陶青、衛蘭、贛鋒鋰業等。固液混合和全固態的選擇關系到固態電池的能量密度和充放電速率。固態電池除了安全性高，還一度被認為具有能量密度高、充放電速度快的優點。這是因為它可以避免短路后熱失控的問題，并且可以使用鋰金屬陰極和高壓陰極材料來提高能量密度空間。然而，固體電解質可以帶來穩定性的好處，但它不能像液體一樣滲透到電極的所有角度。這導致電極與固體電解質的接觸面積很小，界面電阻很大，影響離子電導率。以電導率最高的硫化物為例，其室溫電導率為10-3-10-2S/cm，而傳統液體電解質的室溫離子電導率約為10-2S/cm，僅相差一個數量級。氧化物的室溫電導率低于硫化物，約為10-4-10-3S/cm。為了提高電導率，國內的惠能、陶青和贛鋒鋰業在氧化物去除系統中添加了少量的液體電解質，以解決電導率低限制能量密度的問題。固態電池產品都是固液混合電解質電池。此外，在氧化物固體電解質和正負電極中引入“內通道技術”(即its Ceramion技術)，提高室溫電導率，降低內阻，實現5C快速充電的可能性。在液體電池安全問題有待解決的時候，全固態電池受限于技術和成本，很難量產。準固態電池作為一種過渡產品，從解決電池安全入手，實現規模效應，降低固態電池產業化成本，似乎是一種更可靠的方式。NE時代了解到慧能對自己的固態電池的產品規劃是從準固態到固態。2018-2023年，第一代固態電池使用液體電池的正負極，正極由NCM622升級為NCM811，負極由石墨改為SiOx含量高(14% ~100%以上)的石墨復合材料。目前，其PLCB和BLCB固態電池是第一代氧化物固態電池產品。其電解質為固液混合電解質，正負極材料為NCM和石墨。根據慧能的測試數據，固態電池的比能量為215Wh/kg，體積能量密度為540Wh/kg，略低于液態電池。但到了2021年，通過采用利用率更高的活性材料，固態電池的能量密度將與液態電池相同，然后逐漸超越。固態電池的能量密度優勢在電芯層面相對不明顯，在電池組層面更為突出。根據慧能的計算，采用雙極電池封裝技術后，固態電池在重量能量密度和體積能量密度兩個維度上的組效率分別為82%~85%和70~75%。因此，電池組的能量密度可以達到176Wh/kg和405 wh/L。此時，與液體電池相比，固體電池……te電池今年能顯示出自己的優勢。在電池電芯的能量密度上，在固體內阻和能量損失較高的情況下，電池廠需要升級正負極材料，提高鋰離子的擴散能力。以匯能為例，其2023年后的第二代固態電池減少了活性物質的用量，正極為HNCA/HNMC，負極為鋰金屬或純硅。固態電池的成本在固態電池廠商選擇路線，攻克技術難關的時候，擺在他們面前的還有一個成本問題。新能源汽車補貼逐年減弱。當車企不再以補貼作為其電動車價格的噱頭，而是貼出真實價格，誰能推出比競爭對手性價比更高的電動車，誰就更貼近消費者。動力電池占整車成本的30%到40%。如果不能控制電池成本，電動汽車將很難滿足終端消費者對價格的需求。固態電池作為一種新的電池技術，還沒有在量產車上使用。一方面，主機廠還在驗證固態電池的性能；另一方面，與液體電池相比，固態電池在一定條件下是否具有成本優勢？這個優勢是否足以引起汽車制造商的興趣？在回答這個問題時，慧能首席執行官楊思遠說:“在成本方面，我們的重點不是在電池端，而是在電池組端。”這源于固態電池的安全優勢。在電芯層面，不會因為液體電池串聯后電壓升高導致電解液崩解。因此，固態電池可以相互串聯和并聯，而不受電解液允許的最大電壓的限制，從而提高了單位電壓和容量。這就是固態電池的多軸雙極技術，比如慧能的MAB技術。電池單元內部串聯和并聯連接，可以形成大型復合電池單元。省去了外部串聯所需的引線鍵合、金屬手柄或金屬棒，既降低了電阻值，又減少了發熱問題的發生。此時可以簡化保護系統、冷卻系統和BMS系統，提高重量/體積分組效率。這是慧能固態電池的包能量密度能超過液態電池的主要原因。組效率提高，冷卻系統簡化，進一步影響成本，有助于固態電池被接受和認可。慧能計算后發現，固態電池在電芯層面的成本要高于液態電池。即使產能達到20GWh，固態電池依然是液態電池的1.1倍。在包級別，當產能達到20GWh，達到一定規模效應時，固態電池的成本是液態的98%。如果是類似固態電池的MAB技術，PACK的成本會更低，大約是競爭對手的70%。慧能CEO楊思遠在接受采訪時反復強調“規模資本”:“固態電池的投資確實太大了。如果沒有達到一定規模，其優勢不會很快呈現。”找到合適的合作伙伴，是慧能認為可以快速實現規模的方式。中國專注于電動汽車的發展，因此選擇與天際線、蔚來和央企汽車廠聯合開發一款使用MAB固態電池的原型車。“2021年桃園1-2GWh生產線建成投產后，我們將于2022年開始銷售電動車用固態電池。大概到2023年，道路上會出現使用固態電池的車輛。”固態電池在電動汽車上的應用需要經過長期的測試，但其應用領域并不僅限于此，還可以涵蓋頭盔、智能設備、電動摩托車、儲能系統等可穿戴產品。“日本、東南亞等地的摩托車比較普遍，我們對固態電池在電動摩托車、電動滑板車上的應用很感興趣。”多用途的開發也是為了固態電池的大規模產業化。在楊思遠看來，“規模資本”是固態電池大規模產業化的“最大壁壘”。因此，他希望在固態電池發展初期，能得到國家補貼或配套設施。這應該也代表了其他固態電池廠商的心聲。10月16日-17日，NE時代將在上海舉辦“2019中日韓下一代電池技術大會”。屆時，慧能CEO楊思遠、陶青總經理李政博士、衛蘭固態電池部負責人李久明等都將發表演講，分享固態電池的最新技術進展。在此，NE時代誠邀業界朋友共同探討和參與，共同開發動力電池的無限可能。

標簽：豐田東南發現蔚來

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