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              王強博士:天勁新能源固態電池產業路徑思考

              發布時間:2020-10-17 閱讀量:




              ▲圖為天勁新能源CTO、研究院院長王強博士在臺上演講

              2020年10月16日, 動力電池及產業鏈重量級行業盛會——“第五屆動力電池應用國際峰會(CBIS2020)暨首屆中國新能源新材料(寧德)峰會”盛大啟幕。在主題論壇2上,天勁新能源科技股份有限公司CTO、研究院院長王強博士發表了題為“固態電池產業路徑的思考”的專題演講。


              王強博士說:我匯報的題目主要分為四部分,第一部分是固態電池的簡單介紹;第二個是研究思路;第三個是解決方案;第四個是已取得的目前一點點研究成果。

              固態電池,不想展開去講,因為現在行業里面研究固態電池挺多,我只是講一下我們目前,因為天勁新能源主要聚焦在軟包動力這塊,所以做固態電池的基礎條件相對比方形或者圓柱好一點點,所以這個地方更多談到軟包實現路徑。因為固態電池目前有一些共性的問題:第一個是固態電解質離子電導率低;第二個固態界面缺乏可視量化手段;第三個固態電池目前整個的制成工藝對產業的顛覆比較大一點,所以有沒有更簡單、成熟的辦法去做這個事情,下面會講到。

              目前,整個行業電池的發展水平可能大家都會提到以后會發展到400Wh/kg或者500Wh/kg,但是考慮到目前材料儲備的情況,300Wh/kg到350Wh/kg來實現固態電池的初步量產,我覺得在兩到三年可能希望會大一點。我們這個地方的整個思路,在符合固態電解質采用的是原位聚合,精準固化,與現有的動力產線工藝兼容性比較好一點,這是目前實現的基礎思路。第二個目前正極采用高鎳,負極采用硅氧。后面這個是和中科院聯合開發,后面會簡單談一下。


              其實這里面的固態電解質,這次談到的是聚合物的固態電解質,會區分于傳統的硫化物或者氧化物固態電解質。我感覺這幾年聚合物的電解質還是會有更快的產業化的速度,因為它目前采用的方式第一個是小分子,第二個是離子液體,第三個塑化劑,實現路徑很多。我們天勁新能源目前采用的方案通過的是原位聚合的方式,我們在軟包這個層面,通過增加前軀體溶液,通過熱引發聚合的方式實現這個方式。整個的產線,包括整個作業方式,整個軟包工藝其實調整幅度非常小。我們做動力電池,目前行業里面做PACK上面會有很多防熱失控的辦法,比如說有云霧片,其實PACK有很多防止熱失控的方面。電芯有沒有熱失控內生因素在里面,這是整個工藝目前實現途徑。目前,嘗試的結論是比較適合規?;慨a,這里講到初步的性能。我們在整個的涂布工藝,包括聚合工藝上面其實做了很多的嘗試,有很多參數變量做了很多的優化。包括現在行業對NCM811或者NCA有一些顧慮,我們這個方式可能在電芯內部去植入一些防熱失控的方案,其實這個有一個很特別的地方,現有的國標都能夠滿足,甚至安全測試的國標的滿足性比NCM622或者NCM523的性能還要好。因為NCM811有一個蠻特別的就是過沖能力比較強,會發現現在的不管是NCM811和NCA,更多是熱失控怎么防控的問題,而不是國標的測試要求。


              這是我們總的思路,目前采用的就是鋰鹽引發DOL的開環聚合,聚合溫度大概50-60度,和軟包整個工藝老化的溫度比較接近一點。整個基本原理這個地方也不多講,因為只是考慮到目前參考很多文獻,包括一些研究院所初步的結論,初步選了這個DOL進行開環聚合。

              這是目前做得一些相關的研究東西,其實會發現60度的熱聚合的DOL表現的已經有聚合物或者高分子的特性,因為這里面暫時沒有加增塑劑,包括其他的添加劑,所以離子導電率低一點。這個看到離子導電率已經非常接近目前能夠使用的電解液的要求,因為我們在整個的應用偏向于純電動動力電池這塊,所以說整個的倍率要求,包括整個能量密度的要求,相對來講還在一個可控范圍之內,所以后面會看到整個測試的性能。這個地方要強調一點,整個的過程中其實隔膜是會存在的,包括陶瓷涂層也是會存在,只不過注液的時候有一些變化。不管是剛才談到的鋁塑膜,包括隔膜,包括陶瓷涂層,包括常規的這些正負極材料采用原位的方式。

              這是和科研院所一起開發的設備,主要解決在固態電池或者半固態電池的過程中,電極與電解質接觸過程中,怎么樣原位表征這個應力的方式。因為會發現原位應力在電池進行充換電,或者限定一個電壓窗口,或者不同的溫度下進行測試的時候都可以實時監控正極材料與電解液的固態電解質目前的接觸應力,我們后面其實也有很多的數據,只是這個地方我們沒有把它完全展開,因為今天主要講思路會多一點。


              王強博士認為,目前固態電池制造相對來講是一個最核心的,不管將來做金屬鋰,還是目前的石墨、硅氧使用范圍是一樣的,這個適用比較多的體系。PPT上面講的是復合鋰,本身企業做研發或者跟高校合作,金屬鋰用的多一點。目前,采用的方式用的是石墨加少量的硅氧,配合高電的正極進行同步精準的固化,利用的是現有的軟包生產工藝。這是目前初步的一個性能,這是第一個產品目前能量密度大概是在277Wh/kg,體積是568Wh/L,整體循環壽命還有優化的空間,只是說可能對目前的固態電池或者原位聚合的過程參數還需要進一步的去進行優化。

              這是第二個產品能量密度在302Wh/kg,配合的是硅氧加石墨,整個循環性能目前還不是說特別優異,因為這和目前的固態電解質的導入會有一些關系。如果采用常規的這種液態電解質,循環壽命比這個要好一點點,就是后續還需要改進的一些地方。剛才也提到了,再強調一次,我們做這個事情最后的出發點就是要在電池內部植入一個能夠防止電池熱失控或者熱擴散的這么一個關鍵的組成或者一個組分放在里面,這和原有的液態電解質的方式會有一些不一樣的地方。這也是除了在行業發展中,更多從PACK層面進行熱失控或者熱擴散的防控。有沒有可能在電池內部干這么一個事情,我們還在探索,希望得到大家的批評指正。

              剛剛電芯出來之后,其實我們也在思考今年行業的PACK創新能力還是很大的,不管是刀片電池,還是CTP,對軟包來講,這種方式好像很難去實現CTP的方式,CTC可能更難。我們作為一個軟包動力的供應商,其實我們也在思考將來有沒有機會去做到比如說在電芯的單體能量密度還沒有大幅的提升情況下,有沒有機會像方形那樣去做一些輕量化或者一些提升系統能量密度的方式。目前采用的方式還是盡量把這個模組做大一點,里面看到整個方式采用的塑料框架的PACK方式。這頁表示的是整個換電的電池包最后的一個形態,因為這個換電電池包標準箱最后的組成由四個標準箱組成,每個標準箱15度電,運用在物流車或者應用在乘用車上面,標準配套60kWh的電量,這也是目前和杭州一家公司一起合作的換電電池包。所以整個過程當中會看到一個標準箱里面總共只有2個模組,采用大框架加上整體灌膠方式,上面有很多鏤空的結構,里面灌的是阻燃的膠,也有導熱的參數在里面。

              總的來說,做動力電池希望不僅僅是從PACK層面,而且還需要從電芯的層面更多去思考將來電池行業的發展。因為現在來講,因為我們本身這個行業發展到現在其實已經慢慢又回到原來的磷酸鐵鋰的這么一個狀態,可以看到很多不管是商用車,還是部分乘用車,慢慢轉回到鐵鋰狀態。三元是不是沒有什么發展前途,其實我覺得技術還是在不斷進步,可能在未來1到2年,在三元安全性方面,我想會有一個比較大的突破,這時候整個行業的路徑或者是整個行業的研究方向都會有一個比較大的變化。磷酸鐵鋰是一個很好的方式,但是我覺得在三元上面,我們還是要同心協力,大家共同進步。

              謝謝大家!



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