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GNEV 11 | 许容祯:明年辉能固态电池单体将达330wh/kg水平

邓娅

1月27日,以“重新定义汽车——升维之战”为主题的第十一届全球新能源汽车大会(GNEV11)正式拉开帷幕。受疫情影响,本次大会首次采取“线上会议+全网直播”的方式举办,来自传统车企、造车新势力、动力电池、零部件及投资和研究机构全产业链的中外嘉宾在线上与大家分享观点、展开交流。

在以“为明天而生”为主题的未来汽车开发者论坛上,辉能科技行销负责人许容祯,就何为固态电池,以及主要固态电池厂家的对比发表了精彩演讲。

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以下为嘉宾精彩实录,有删改。

感谢第一电动的邀请以及主持人邱锴俊总的邀请,让我们辉能科技有这个荣幸可以在GNEV11这个场合跟大家一起分享。

在进入技术说明之前我们先看一下固态电池有哪儿几种。

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相较于传统锂电池和液固态电池,固态电池有90%以上都是固态电解质,剩下1~10%可能就是在其他极层部分有其他混合或者是全固态都是属于这个领域里面的。在这个固态电解质大于90%的固态电池里面,前几大都是这几个主要的代表之一。相较于这两种之外,还有一种是介于中间的过渡性产品,它是基于液态电池的架构做的一个改良,其固态电解质小于25%。如果从整个电解质的角度去做分类可以看到,聚合物、氧化物还有硫化物三种,所以基本上要分胶态跟液态有一个简单的点,我们去看他盐类分解的部分到底是因为溶剂启动的还是聚合物启动,如果从溶剂启动就是胶态,如果是聚合物启动那就是固态。另外离子移动的部分也是一样,如果是溶剂驱动就是胶态,全胶态的技术在20年前被半胶态给取代。

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以固态的部分来说,这三种包括了固态聚合物、氧化物和硫化物这三种,在氧化物和硫化物完全没有有机隔膜,我们在这部分由于两个氧化物和硫化物里面已经有锂子,氧化物及硫化物可以自己来做传导,他们里面没有任何的溶剂。另外还有一个方式去分辨固态电池和液态电池,如果你在撞击电芯之后有短路情况发生就是液态,如果撞击之后没有任何短路发生就是固态,因为在液态或者胶态里有有机隔膜,有机隔膜是可被压缩的材料。当撞击电芯时有机隔膜会受到压缩和压制,这个时候他就会变形,变形后就因为接触而短路。

如果要从液态胶态进展到固态有一个很大的差异,我们从圆柱到角柱都有30%工艺上的差异,那从软包再到固态电池又有60%以上工艺制备上的差异,所以说在这样的理解之下我们来看自己的固态电池,有三个点是非常重要的,也是最基础的,就是安全性、能量密度还有成本。在安全性部分,因为我们用的是氧化物固态电解质,是所有固态电解质中最稳定的系统,我们就可以不断使用高活性的材料提升能量密度,然后降低电芯成本。

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基本上在电芯层级因为我们用了氧化物的关系,本质上是安全的。从另外一个角度来看也是属于被动安全,被动安全的意思是可以让液态电池的安全的范围从本来130度左右,在使用了氧化物之后可以提升到200度甚至是300度左右,这个是氧化物和固态电解质可以做到的被动安全部分。

但因为在我们整个研发过程中,已经将电芯阶段包括界面内阻问题以及相关快充或低温表现及循环寿命问题等都解决了,接下来我们其实在想的是如何做电池模块以及电池包的部分。所以一旦我们把电池包做到了很大容量,或者说电池处于300度以上熱失控这个阶段,这部分就不是氧化物或其他固态电解质可以解决的。一旦电芯做得很大,大到电芯本身就已经有几十度电量程度的时候,其安全性的需求就不再是2~10安时或5~6度电的一颗电芯技术,这时候就需要搭配上ASM主动安全机制,结合了这个被动安全再加上主动安全就是绝对安全的电池芯,电池模组还有电池包。

在能量密度部分,我们从2020年开始在负极添加了SiOx,今年我们会把它的含量提高到28%,他的能量密度会相当于NCM811的能量密度,明年我们是希望能够把SiOx成分的含量提高到百分之百,负极没有任何的石墨成分,这样就可以做到单体330wh/kg~350wh/kg的能量密度水平。

我们还有一个全固态锂金属负极化学系统,这个化学系统目前已经可以达到383 wh/kg,500次循环寿命的能力,这个部分根据整个供应链的成熟度,我们希望能够从原本预计的2024量产提前到2023年。电池包的部分我们现在思考的是在架构与固态电池安全性上做到更多,将固态电池本身的安全性与双极电池技术结合。当然,双极电池技术因为是用内串取代外串的技术,所以说也需要很高的安全性,只有固态电池能够用这个方式去制作。所以说我们希望利用这个方式进一步发展变成CIM的一个产品,所谓CIM就是一颗电芯就是一个模组的产品。

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我们可以稍微看一下CIM的部分,一个电池包里面只有12个电芯,电芯本身很大,这里面已经有8串28伏~45伏的操作电压,然后CIM在12外串之后就可以变成一个模组,他只需要12颗电芯。

另外一个我们想做的是CIP,因为我们在2019年把CIM成功做出来并且取得美国爱迪生的金奖,我们有很大信心把CIM变成CIP(cell is pack)电池包,在电芯和电池包的部分同步提升能量密度还有续航里程和CIP这样的设计,在成本的部分我们可以极简冷却系统封裝、BMS的管理系统,节省出很多模组工艺制程,我们直接拿极片堆疊成一电池包,他基本上通过这个方式让内阻降到很低,冷却系统也会变得很简单,成本也会随之大幅下降。我们估算了一下,当我们整个产能达到7GWh的时候搭配上CIP技术,成本即可相当于NCM622的成本,当我们把整个产能再往上提升到15GWh的时候搭配上CIP技术,成本即可跟811相当,这也是我们希望CIP固态电池能够做到的终极目标。

我们希望CIP能够在今年底完成,由于整个制程很简单,BMS简化到最极点,产能也是最快最多,整个封装成本是传统封装成本的35%左右,用到整个技术的部分其实就是这几个主要的技术。在氧化物的基础上我们用了LCB去解决界面内阻的问题,LCB这个部分的专利我们至少付了有上百个专利去解决界面电阻的问题,界面电阻的问题有三个面向,也就是固固界面、固活界面以及隔离层与电极界面,应用于产品上才可以做到快充以及长使用寿命还有低温的操作系统,再加上安全性,可以持续提升能量密度和降低成本。

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当我们把产业对电动车高安全性、高能量密度、低成本、快充、长使用寿命和低温寿命六大产品需求都完全满足后,我们就可以做CIM和CIP。当我们做到CIM一颗电芯大概有好几度电,甚至到CIP一颗电芯有80~100度电情况的时候,能量非常大,已经不再是一颗电芯能够解决安全性的问题,我们就有了这个主动安全机制(ASM)。

这个机制的主要用途就是他可以主动自启防堵热失控反应,可以在热失控发生的当下把不稳定的态状变成稳定的态状,把多余的能量给消耗,因为能量被消耗了之后转成稳态,就没有能量也就不会产热,没有产热就没有热扩散,没有热扩散后热失控就会完全停止下来。

所以通过这个机制,我们就有办法来去利用MAB去提升整个集成的效率然后做到CIM和CIP。整个固态电池产业里只有我们完成了整个配套,现在大部分的固态电池都在努力克服界面电阻的问题,ASM只有我們有,BiPolar的部分TOYOTA也有提出来,但是只有在概念阶段。从这个上面可以看到我们专利全球有400多个专利,布局的全面性非常广,所以竞争对手很难绕过我们的专利网。

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跟竞争对手相比,我们在2016年就已经有试产线建成,比TOYOTA领先了六年,領先了QuantumScape7年。我们在内地有2GWh建制的计划,在最近这一两个月里大家就可以听到我们进一步的好消息,接下来明年就会有2GWh的工厂建成并预计于2023年扩产至7GWh的产能。在产品的部分Quantumscape今年提出了100毫安培的产品,我们在2012年就有了,所以说从产品建设方面来看我们也是领先Quantumscape8年多的时间,而Quantumscape目前只有single layer技术,但我们的multilayer我们已经成功在市面上使用,然后又取得了安规认证,再加上我们甚至也可以把这个pouch电池应用到VDA上面也可以。整个产品经过7年在市场上面的验证,所以在产品的成熟度上都是相较于其他固态电池要成熟,也因为这样我们也获得了国际的肯定,包括爱迪生奖以及美国CES创新发明奖。

以上就是我的报告,谢谢大家。

来源:第一电动网

作者:邓娅

本文地址:https://www.d1ev.com/news/renwu/137085

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