太藍(lán)新能源梁世碩：無隔膜固態(tài)電池更安全/成本更低
固態(tài)電池具有高安全和高能量密度的雙重優(yōu)勢，被業(yè)界公認(rèn)為是極具發(fā)展前景的下一代技術(shù)，包括中國、歐美、日本、韓國等都在大力布局。實(shí)際上，固態(tài)電池并非新鮮的概念，但是為何多年來遲遲無法大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用，問題的關(guān)鍵是什么?太藍(lán)新能源一直在思考這個(gè)問題。
圖為重慶太藍(lán)新能源北京研究院院長梁世碩演講
在日前舉行的第九屆動(dòng)力電池應(yīng)用國際峰會(huì)(CBIS2024)“賦能商用車電氣化轉(zhuǎn)型”主題論壇上，重慶太藍(lán)新能源北京研究院院長梁世碩應(yīng)邀出席，并作主題為《固態(tài)電池在商用車等領(lǐng)域的應(yīng)用探索》的演講，向與會(huì)嘉賓介紹了太藍(lán)新能源在固態(tài)電池領(lǐng)域獨(dú)特的創(chuàng)新研究成果。
01
無隔膜固態(tài)鋰電池技術(shù)
在電池技術(shù)快速迭代過程中，如何平衡能量密度和安全之間的矛盾，是每個(gè)鋰電人都在思考的問題。長期以來，業(yè)界為提升電池安全做了大量的研究工作，其中做得更多的是“加法”，包括在材料端的隔膜進(jìn)行涂附，添加阻燃劑等;在電池包增加氣凝膠、云母片、鋼結(jié)構(gòu)件等提升安全性。
“傳統(tǒng)‘加法’的解決方案，能量密度和安全是翹翹板的兩端難以兼顧。”梁世碩指出，因?yàn)檎嬲o電池提供能量的物質(zhì)是活性物質(zhì)，而為了增加電池的安全性無限地增加層層防護(hù)后，就使得活性物質(zhì)在電池里的占比越來越低，不能提供能量的物質(zhì)占比越來越高。所以不能靠“加法”提升安全性能，必須要換一個(gè)思路。
從第一性原理出發(fā)，太藍(lán)新能源提出了要進(jìn)行“范式革命”，轉(zhuǎn)換一種新的世界觀，提出全新的“4321”技術(shù)路線，在固態(tài)電池上大膽做“減法”。
“4”是指傳統(tǒng)液態(tài)電池的四大主材(正極、負(fù)極、隔膜、電解液);“3”是把中間最薄弱的部件隔膜去掉，只留下正極、負(fù)極、電解液，此為太藍(lán)最先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、無隔膜半固態(tài)電池的產(chǎn)品階段;“2”是把電解液完全去掉，只剩下正極和負(fù)極，就是行業(yè)熟知的全固態(tài)電池階段;“1”最后將不提供物質(zhì)能量的負(fù)極去掉，只留下提供能量的正極，這是未來太藍(lán)無負(fù)極全固態(tài)電池產(chǎn)品階段。
如何能夠?qū)崿F(xiàn)無隔膜，太藍(lán)新能源有兩個(gè)創(chuàng)新。梁世碩介紹道，首先是材料創(chuàng)新，用極片復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)層替代普通隔膜，“厚度只有幾微米，同時(shí)具有非常好的韌性，可以適用卷繞和疊片兩種工藝，離子電導(dǎo)率達(dá)到1.5mS/cm，優(yōu)于市面上常見的氧化物固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率”。
二是工藝創(chuàng)新。據(jù)梁世碩介紹，太藍(lán)新能源經(jīng)過多年的研究，成功實(shí)現(xiàn)了原位亞微米工業(yè)制膜技術(shù)(ISFD)突破，精度控制可以達(dá)到亞微米級，良率達(dá)到99%以上，并且這種技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
行業(yè)周知，隔膜的功能有兩個(gè)，一是電子絕緣，使正負(fù)極電子不能通過;二是離子導(dǎo)通，正負(fù)極離子可以通過隔膜的孔進(jìn)行傳輸。梁世碩表示，太藍(lán)新能源采用的極片復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，可以同時(shí)具備這兩項(xiàng)功能，因此能夠創(chuàng)造性地推出無隔膜固態(tài)鋰電池技術(shù)。
02
更安全、成本更低
業(yè)界發(fā)展固態(tài)電池，更多的期望是獲得更高的能量密度，同時(shí)擁有更高的安全性能。太藍(lán)新能源認(rèn)為，安全是固態(tài)電池的第一使命，只有固態(tài)電池或者半固態(tài)電池才能夠做到更好的安全性能，才能讓消費(fèi)者在市面上放心地接受和應(yīng)用。
梁世碩介紹，對于無隔膜半固態(tài)電池產(chǎn)品，太藍(lán)新能源做了多項(xiàng)極限安全測試。在擠壓測試中，擠壓到60%形變量，仍然能保持安全;在過充測試中，充電最大電壓達(dá)到19V，仍然不起火，“因?yàn)楣虘B(tài)電解質(zhì)層能夠抑制鋰析出，即使有少量鋰析出，固態(tài)涂層也有非常好的機(jī)械強(qiáng)度”;在高溫測試中，200℃環(huán)境下，電池能夠保持不起火不爆炸。
“未來我們的全固態(tài)電池沒有電解液，電池能夠承受的溫度會(huì)超過200℃、250℃，甚至更高。基于正負(fù)極材料的特性，我們把電池里最容易起火的兩個(gè)元素——電解液和隔膜去掉后，電池的耐溫性能會(huì)有更高表現(xiàn)。”梁世碩進(jìn)一步解釋道。
除了安全問題，業(yè)內(nèi)對成本也非常關(guān)注。太藍(lán)新能源無隔膜半固態(tài)電池一方面減掉了隔膜，另一方面減少了電解液，在材料上實(shí)現(xiàn)超過10%的成本下降。而且，全固態(tài)電池電解質(zhì)具有更寬的電化窗口，能夠兼容各類具有更高克容量、更高電壓的正負(fù)極材料，從而實(shí)現(xiàn)更寬能量密度范圍，適應(yīng)于電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能、低空經(jīng)濟(jì)、便攜產(chǎn)品等各種領(lǐng)域。
據(jù)梁世碩透露，太藍(lán)新能源將在2025年實(shí)現(xiàn)無隔膜半固態(tài)電池小批量生產(chǎn)和樣包開發(fā)，2026年實(shí)現(xiàn)裝車試用。全固態(tài)電池方面，2025年將完成體系開發(fā)和原型驗(yàn)證，2026年實(shí)現(xiàn)對低空飛行領(lǐng)域產(chǎn)品小批量生產(chǎn)，2027年實(shí)現(xiàn)乘用車示范性應(yīng)用。
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