太蓝,计划将动力电池里的那层隔膜去掉了!
在热闹但神秘的固态电池圈,最近太蓝的这一技术发布,绝对称得上是爆炸性的消息,将湖水深处的“暗流涌动”激发成“惊涛骇浪”。
01.
迈出,与液态电池并驾齐驱的一大步
11月7日,太蓝新能源与长安汽车在重庆联合举办“无隔膜固态锂电池技术发布会”。
单单这一句话,就涵盖三个重点。
一、 重点一,太蓝新能源 ,国内最早研发固态电池的公司之一,也是率先实现半固态小动力电池量产出货的公司之一。也就决定了,他们对固态电池的研究和应用的现状及趋势都了如指掌。
二、 重点二,长安汽车 ,主机厂界三大央企之一,加快推进电池、电驱动等核心技术的应用和自研,并且积极布局、培育下一轮竞争优势。此次,他们与太蓝结成固态电池研发制造与量产应用并行的战友,验证从液态电池到半固态电池再到全固态电池的每一步。
三、 重点三,无隔膜固态电池 ,是液态电池固态化的第一步,也是三十年来锂电池技术演进从量变到质变的一大步。
02.
减薄,固态电解质层不到隔膜的一半
简单来说,无隔膜固态锂电池技术,减掉隔膜,并在正负极极片表面导入高致密复合固态电解质层。
那么,太蓝和长安是怎么去隔膜的呢?
从材料和工艺两点来下功夫 ,这也是这款无隔膜固态电池最不一样之处。
首先,该款无隔膜固态电池的电解质材料是 氧化物与聚合物的复合电解质,由太蓝董事长&CTO高翔亲自带队开发而成 ,兼具氧化物的稳定性与聚合物的优良界面接触优势。
其次,固态电解质膜的制备工艺—— 原位亚微米工业制膜(ISFD)技术,为太蓝全球独创。
目前,固态电解质膜的形态大概分为三类,原位固化、隔膜涂敷、正负极涂敷。原位固化适用于聚合物电解质,因它与正负极活性材料物理接触较好。而太蓝的ISFD技术适合复合电解质,制备得到的极片能够增加固态电解质与电池极片间的有效接触面积,提升锂离子传输速率,改善固-固接触的问题、构建稳定的固态界面,通过极片复合和界面柔化技术实现在极片上导入超薄、连续、致密的固态电解质层,制备固态电池,实现无隔膜化,提升固态电池的电化学性能和安全性。
NE时代查询了太蓝的专利,发现太蓝已经申报了等离子体、超声、静电、旋转雾化等多种基于物理喷涂的极片制备方法,提升涂层的稳定性和界面的相容性。
最最重要的结果,固态电解质层超薄,不到3μm,大大低于常规隔膜的7μm /9μm。 这使得即便在使用同种固态电解质材料和一样的离子传导速率下,锂离子在正负极之间的传输路程大幅降低,因而快速充放电时间大幅降低、显著提升了电池的倍率性能和功率性能。
03.
无隔膜,很安全
隔膜,主要作用是使电池的正、负极分隔开来,防止正负极接触而短路。
在液态锂电池中,隔膜是必须的,但不够安全。
传统液态锂离子电池使用PE、PP材质的隔膜,这种材质的隔膜,100℃以上高温下就易收缩甚至融化,易造成正负极短路,大量发热,引发电解液燃烧和电极材料热分解,进而导致电池起火或爆炸。
为增强隔膜的耐热性,业界已开展广泛研究并实施多项改进措施,包括在隔膜表面涂覆氧化铝、勃姆石等无机耐热材料以及芳纶等有机高熔点材料。这些措施虽然在一定程度上提高了隔膜的耐热能力,但当电池温度升至150°C以上时,隔膜本体的大幅收缩仍难以遏制。行业为解决安全问题,常常通过增加大量防护措施,比如在PACK层面,增加气凝胶、增加云母片、增加液冷系统、增加高强度壳体……过度堆砌不仅大幅增加成本,增加系统复杂性,而且这些措施都无法从根本上解决由隔膜特性引起的锂电池安全问题。
但在半固态电池和全固态电池中,隔膜却不是必须的,仍能确保安全性。
因为,有固态电解质层的存在。
固态电解质层完全不燃烧,在保证高锂离子传导能力的同时,又兼顾提供优异的耐热性。这种固态电解质层还具有相当的韧性和机械强度,有效抑制了高温、机械力、锂枝晶等因素诱发的热失控,从根本上提升了电池安全等级。
这是从电池的本征安全出发的创新。
自然,完全无隔膜设计目前还是有极其高的技术壁垒。材料的设计、制备工艺的开发,哪一项都不容易,都需要颠覆性的创新和大量的实验验证。
相比液态锂电池,太蓝无隔膜半固态电池安全性能大幅提升。在挤压、高温、过充等电池安全测试中远超国标要求。产品已经通过GB38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》和GB43854-2024《电动自行车用锂离子蓄电池安全技术规范》相关认证,获得检验检测报告。
■耐挤压方面,国标要求挤压形变量达到15%,电池不起火、不爆炸。而太蓝无隔膜固态电池,可承受挤压形变量达60%,耐挤压形变能力提升300%。
■耐过充方面,国标要求过充至4.62V(1.1 Vmax.),电池不起火、不爆炸。而太蓝无隔膜半固态电池可过充到19V,耐过充能力提升300%。
■耐高温方面,国标要求在130℃下保持30分钟,电池不起火、不爆炸。而太蓝无隔膜半固态NCM和LFP/LMFP电池,分别可在180℃和200℃下保持30分钟不起火、不爆炸,耐热温度提升50℃和70℃。
04.
魔法,破解锂电池的魔咒
安全性和能量密度,就像硬币的两面,一直是行业讨论的永恒的话题。
在传统液态电池中要同时兼顾几乎是无解的。
但,在无隔膜方案中,却是有解的。
隔膜材质本身是不产生能量的,若把这层隔膜去掉,就可相对减少对能量密度的影响。当然,这一切的前提是无隔膜也不影响安全性。
太蓝的无隔膜固态电池就做到了这一点,在安全的大前提下减少对不产生能量的隔膜的依赖,在有限的空间中增加正负极活性材料的使用,提高能量密度。
不但如此, 通过去掉隔膜和减少部分电解液,太蓝可实现原材料成本直接降低 10% 以上 。
更何况,半固态电池还可沿用90%以上原有液态锂电池的生产设备。
相较于当前的液态电池,半固态电池在安全性方面有着显著的提升。由于这种安全性的增强,半固态电池能够采用之前液态电池无法驾驭的高镍材料,这使得半固态电池体系具备了更强的竞争力。 如果进一步能够将半固态电池的成本控制下来,那么毫无疑问,半固态电池将成为下一代的电池技术。
也就是说,太蓝一下子解决了液态锂电池的安全性和能量密度不能兼顾的问题、半固态电池的产业化和商用化问题。
太蓝在发布会上阐明了量产时间表,无隔膜半固态电池计划于2026年实现装车验证,以满足新能源电动汽车的应用需求;无隔膜全固态电池计划于2027年实现批量生产,率先应用在部分细分专业领域,如低空经济,同时开展新能源电动车的整车示范性应用。
05.
去探索,去质疑,去证伪
太蓝在去隔膜的过程中对材料的改进和对工艺的创新,都是在用非常规思维对抗行业共同默认和信奉的一些理论和模型,打破思维桎梏。
就像是在重塑世界观一样,因为原有的范式存有问题,保留了一些开放的思考空间,吸引到一批拥护者确立新的范式。
就像今天的“增程车”,从人人喊打到纷纷倒戈,形成一种新的范式。当然,整个过程并不是一蹴而就的。
太蓝新能源CEO李彦认为,锂电池行业拥有自己的范式革命——用简单对抗复杂。无隔膜,是其中的第一步。
在减材制造范式的指引下,太蓝新能源颠覆性地提出 4-3-2-1 技术路线:
在目前传统液态锂离子电池的四大主材基础上;
■第一步, 减掉隔膜,减掉部分电解液 ;这是太蓝最先量产、装车的半固态电池产品阶段。
■第二步, 完全减掉电解液 ;这是太蓝将率先应用在部分细分专业领域,如低空经济等领域的全固态产品阶段。
■第三步, 减掉负极 ,只留下直接产生能量的活性物质;这是未来,太蓝的无负极全固态产品阶段。
通过三步走,太蓝与长安携手,去探索,去质疑甚至去证伪。
如今行业声音中仍然有半固态电池是伪命题的说法,对无隔膜技术也持质疑、反对的态度。这本身就是新范式确立的必经阶段,总要有人凭借实力和技术,去反对他人的反对,寻求新的真理。
当下中国固态电池领域的参与者大致有三种类型:
第一种,是以传统液态锂电池头部企业为代表的“巨头型”,他们凭借其在液态锂电池领域积累的巨大优势,包括资本优势、人才优势、市场拓展、标准优势等等,在固态电池领域展开研发布局。巨大的资源优势当然会助力新技术的发展,国家和行业对“巨头型”也寄予了极高的期望。但我们需要警惕“柯达与数码”的前车之鉴,企业是追求利益最大化的组织,一但颠覆技术威胁到当下主业的时候,企业做选择题是非常正常的。
第二种,是以科研院所学术带头人为代表的“学院型”创业企业,是我国产、学、研的典范,国家和行业也对这类企业给予巨大支持,寄予了很高的期望;希望学院型企业能够挑起技术创新和落地的大旗,引领行业发展。
第三种,就是像太蓝这类,掌握关键技术、纯粹市场导向,姑且可以称之为“固态电池中的新势力”,这类企业从解决当下市场需求的痛点和关心的问题出发,“小步快跑”,以突破性的研发成果、产业化速度,展现其不容忽视的活力和创造力。这也是一个新兴方向的萌芽期最最宝贵的力量。
客观上讲,三种力量在行业发展初期都弥足珍贵,从国家和产业层面说,我们要最大程度上确保我们在下一代电池技术阵地具有优势,我们不应该忽视任何一种力量,甚至应该更加关注最有活力同时也是最弱小的“新势力”。
很明显,长安关注到了太蓝这类“新势力”,太蓝也积极探索固态电池的新出路,共同推动固态电池从实验室走向市场,加速实用化和商业化进程,使中国企业继续领跑下一代电池技术革命。