廣汽埃安李進：能量密度達400Wh/kg，已完成30Ah大尺寸全固態(tài)電池研發(fā)
日前，在第九屆動力電池應用國際峰會(CBIS2024)的“先進電池技術及應用”主題論壇上，廣汽埃安新能源汽車股份有限公司電池研發(fā)部總監(jiān)李進，作題為《動力電池發(fā)展趨勢及全固態(tài)電池技術進展》的主題演講。
圖為廣汽埃安新能源汽車股份有限公司電池研發(fā)部總監(jiān)李進發(fā)表演講
李進指出，續(xù)航、安全、補能便利性、價格是當前新能源汽車用戶最為關注的四個方面，快充和安全是未來電芯發(fā)展的主要方向，全固態(tài)電池是必然路線之一。他重點介紹了固態(tài)電池領域的研發(fā)進展情況，并公布了廣汽原型固態(tài)電池的開發(fā)進展。
01
需求端牽引動力電池技術發(fā)展
李進表示，市場需要什么樣的新能源汽車，新能源汽車反過來要求動力電池達到什么樣的性能，這是一個需求牽引的過程。通過行業(yè)分析得出，當前，續(xù)航、安全、補能便利性、價格等是影響客戶購買新能源汽車的重要因素。
首先，最重要的是續(xù)航。從今年1-8月新能源汽車細分領域的增長來看，EV同比增長39%，REEV、PHEV增長率大幅提升。這表明，在當前高端純電汽車已將續(xù)航提升至800公里以上的情況下，消費者仍有一定程度的續(xù)航焦慮，未來REEV的純電續(xù)航成為下一個競逐的焦點。
李進指出，當前，磷酸鐵鋰電池在純電方面的市占率較高，但其能量密度不斷迭代升級已相對接近極限，目前磷酸鐵鋰電芯的體積能量密度可以達到420Wh/L，伴隨技術不斷創(chuàng)新升級，預測大概能達到440Wh-450Wh/L的水平。此外，高錳高電壓的技術路線，包括磷酸錳鐵鋰、尖晶石鎳錳酸鋰等高錳體系可以進一步提升電芯的能量密度，進而提升整車的續(xù)航能力，并降低電池成本，其或將在部分應用場景下實現(xiàn)對磷酸鐵鋰電芯的替代。
其次，快充方面，主要從電芯材料和電芯設計兩方面進行優(yōu)化。一方面，通過優(yōu)化材料大幅降低電池的內(nèi)阻，例如正極方面優(yōu)化包覆設計，減少大顆粒，負極方面通過選擇原料膠，優(yōu)化骨料粒徑等，改善快充能力;另一方面，電芯設計端則通過全景和多層極片的結構設計，包括電芯整體規(guī)格尺寸的優(yōu)化，降低內(nèi)阻。此外，通過溫控策略和充放電制度的優(yōu)化，亦可大幅縮短充電時間，提升充電速度。
第三，電池安全方面，主要包括本征安全、被動安全和主動安全三方面。李進表示，無論是磷酸鐵鋰還是固態(tài)，亦或是在現(xiàn)有技術基礎上進行改良，電芯的本征安全決定了電池系統(tǒng)的總體水平。被動安全決定了電池系統(tǒng)的安全下限，包括采用熱蔓延防護技術、熱失控散熱技術，以及相關的檢測技術等。而主動安全則決定了電池系統(tǒng)的上限，包括基于外部特征的遠程診斷技術、多元傳感器的遠程診斷技術，以及全生命周期的標定和電芯的修復。
李進表示，總體來看，電芯安全技術，尤其是被動安全方面，經(jīng)過近些年行業(yè)的快速發(fā)展，已趨于成熟。長期來看，電芯的本征安全和主動安全方面仍需不斷提升，例如當前行業(yè)內(nèi)改善本征安全比較熱門的全固態(tài)電池，最重要的特征是在提升能量密度的同時改善本征安全性。
02
固態(tài)電池研發(fā)進展情況
李進表示，專利在一定程度上可以體現(xiàn)各企業(yè)在固態(tài)電池前期技術投入方面的情況，同時對技術的成熟度也有一定的參考意義。廣汽埃安通過對全固態(tài)電池的專利進行分析發(fā)現(xiàn)，全球范圍內(nèi)，與全固態(tài)電池相關的專利，年度申請量一直保持高增長，尤其2016年之后呈現(xiàn)快速上升趨勢，全球固態(tài)電池領域的競爭日趨激烈。
日韓企業(yè)在全固態(tài)電池領域的專利布局較早，且申請量比較大，與之相比，中國國內(nèi)的申請量要少得多。當然，近兩年行業(yè)關注度較高，國內(nèi)整體研發(fā)投入持續(xù)加大，未來這方面的專利預計將快速攀升。
李進表示，通過對全固態(tài)電池重要技術分支方向的研究發(fā)現(xiàn)，大部分全固態(tài)電池技術方向都出現(xiàn)于十年之前，而且經(jīng)歷了長期發(fā)展。其中氧化物和硫化物電解質技術成熟度最高，復合電解質技術潛力巨大。
據(jù)李進介紹，目前硫化物固態(tài)電解質的離子電導率可以接近甚至超過液態(tài)電解液，業(yè)內(nèi)有多家企業(yè)可提供公斤級的樣品，是短期內(nèi)重要的開發(fā)方向。中長期看，每種固態(tài)電解質都有自己的短板，最終有望以復合的策略實現(xiàn)在動力電池領域的應用。全固態(tài)電池商業(yè)動態(tài)方面，預計2026-2027年前后將會有相關車型推出。
廣汽埃安固態(tài)電池的研發(fā)進展方面，據(jù)李進介紹，基于硫化物、聚合物的多元復合，兩條路線都在推進，但在2026-2027年這個節(jié)點，基于硫化物的多元復合技術路線，在綜合性能方面達到車規(guī)級要求的可能性更高。
圍繞硫化物的多元復合路線，基于9系高鎳三元材料成為重要布局方向，同時富鋰錳基材料一些關鍵問題還需改善。固態(tài)電解質濕法成膜技術方面，目前最大寬幅可以做到300毫米以上，電解質膜常溫離子導電率可做到1mS/cm以上，40℃可以達到4-5mS/cm，為未來的應用奠定了基礎。
原型固態(tài)電池開發(fā)進展方面，據(jù)李進介紹，廣汽埃安已完成30Ah大尺寸全固態(tài)電池的試制，能量密度達400Wh/kg，可以通過針刺、裁切和200℃熱箱試驗。
李進同時也指出，全固態(tài)電池還有很多難點，最主要的三大領域分別為：材料的開發(fā)與量產(chǎn)技術、電芯的設計與制造、系統(tǒng)集成與整車驗證技術。
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