比亚迪宁德时代发布固态电池专利,续航1000km时代何时来?

错位的梦寐 2021-02-03 13:09:59

比亚迪宁德时代发布固态电池专利,续航1000km时代何时来?

固态电池量产,改变的不仅是电动车使用体验,更是人类所有储能产品的前景。


今年可以被视为电动车续航“破千”元年,蔚来、智己和埃安分别表示在接下来两年内会推出续航突破1000公里的纯电动车型,着实吸引眼球。而在续航破千的大背景下,蔚来ET7声称即将量产的固态电池技术,尤其引发业界的普遍关注。


固态电池,顾名思义,是指这类电池应用了固态物体作为电解质和导电介质,与目前普遍所采用的电解质溶液在电池结构中扮演着相似的功能,但是从原材料到生产路径,均存在着区别巨大差异。根据固化程度的不同,固态电池分为半固态、准固态和全固态电池,蔚来150kWh电池包所采用的是原位固化的半固态电解质。


比亚迪宁德时代发布固态电池专利,续航1000km时代何时来?


而日前,国内两大电池供应商——宁德时代和比亚迪,分别公布了自身在固态电池领域的全新专利。新专利直接聚焦技术难度最高的全固态电池领域,专利集中于提高固态电解质的电导率,并优化了其他的相关性能参数。


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固态电池的电解质主要分为锂氧化物、锂硫化物和高温聚合物三类,而宁德时代和比亚迪分别选择了不同的电解质种类。


宁德时代的两项专利技术以锂硫化物为电解质主要成分。以氧化锂和硫化锂为代表的电解质存在与电极实际接触面积有限,界面阻抗上升幅度较大,不利于快速充放电(但电解液和电极之间在使用过程中也有生成半固态SEI膜的趋势,影响快速充放电效果)。


宁德时代的专利技术在有机溶剂中加入硼酸酯,硼元素可降低阴离子对锂离子的束缚作用,提高电解质的电导率,并基于这项发现,提出了一种硫化物固态电解质片的制备方法。


该方法不仅实际提高了电导率,而且制备的过程中硼酸酯副产物完全挥发,制备出的固态电解质片掺杂均匀度高,表面的粗糙度得到显著改善,从而利于锂离子在电解质片和锂金属阳极界面的扩散过程,降低界面阻抗,并改善电池的循环性能。


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从上表中可以看出,固态电解质片的电导率已超出电解液1-2mS/cm的电导率,界面阻抗也大幅降低。宁德时代这项专利有效解决了固态电池应用过程中的一些基础问题,但在固态电解质片机械强度方面没有特殊的体现,而这是硫化物固态电解质片的劣势之一。


比亚迪的技术则采用聚合物固态电解质,这类电解质在室温下的电导率极低,对比容量的影响较大。通过添加全氟聚醚,可减弱阴离子与锂离子的作用,有效提高电导率。


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可以看出,相比对照组(DS1/DS2),在室温下固态电解质的电导率大幅提升了10-20倍左右,但是相较电解液不低于1mS/cm的电导率,这类固态电解质还是存在一定的劣势。不过在机械性能方面,聚合物固态电解质本身具有一定的优势,全氟聚醚的加入降低了玻璃化(类似于固化)所需的温度,让它常温下的机械性能更符合商业化需求。


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如果两家企业按这样的固态电解质技术路线继续研发,或许会是电解液时代格局的翻版——宁德时代能量密度具有优势,而比亚迪更看重电芯的可靠性。


固态电池是前景广阔的技术,它被认为有以下优势:


1、通过减少隔膜结构和电解液中不参与电化学反应的成分,可以减少40%的体积和25%的重量,大幅提高能量密度


2、不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液,高温下不发生副反应,安全性有保障


3、伴随着固态电解质技术的应用,正负极材料也可以发生一定的改变,例如,宁德时代表示将采用金属锂作为负极材料,减少负极石墨的体积与重量,最终单体能量密度有望突破500Wh/kg,是目前最高能量密度的2倍以上


4、温度适应性更佳,可以在-25℃-60℃正常工作


5、寿命长,循环衰减低,以宁德时代实验为例,100次循环后衰减仅4%,换言之,续航1000km的纯电动车在10万公里后电池衰减仅4%


6、形状灵活性佳,可以适应不同的硬件布局需求


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然而,宁德时代和比亚迪都没有给出具体的技术落地时间。虽然早有技术研发,但从目前公布的专利进展来看,仅针对配方在实验室内进行了一定的初步研究,具体的生产流程和降本细节没有任何体现。


在这一过程中,还有很多具体的问题待解决,例如金属锂电极如何制备,实验室的手套箱环境如何应用于大批量的生产,等等。


由此看来,蔚来150kWh所采用的半固态锂电池技术,算是在固态电池领域比较初级阶段的技术,电极的优化采用的也是目前可产业化的掺硅补锂方案。但或许从用户体验的角度而言,这块电池已经达到替代绝大部分日常用车场景的水平。而宁德时代此次公布的专利,很可能不是应用于ET7的固态电池技术,具体落地时间,以及蔚来相对应的固态电池供应商,有待考证。


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虽然固态电池商业化应用还只展现出冰山一角,但感兴趣的绝不是汽车行业。之前我们曾报道过,戴森也在加大固态电池研发的力度,寄希望于生产更轻便,性能更持久的便携式家电。因此,我们对固态电池的前景,依然持乐观的态度,一旦突破了瓶颈期,它将改变人类所有储能场景的体验,留给我们巨大的想象空间。

来源:踢车夏东

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