太藍新能源梁世碩：無(wú)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(lái)遲遲無(wú)法大規模量產(chǎn)應用，問(wèn)題的關(guān)鍵是什么?太藍新能源一直在思考這個(gè)問(wèn)題。
圖為重慶太藍新能源北京研究院院長(cháng)梁世碩演講
在日前舉行的第九屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )(CBIS2024)“賦能商用車(chē)電氣化轉型”主題論壇上，重慶太藍新能源北京研究院院長(cháng)梁世碩應邀出席，并作主題為《固態(tài)電池在商用車(chē)等領(lǐng)域的應用探索》的演講，向與會(huì )嘉賓介紹了太藍新能源在固態(tài)電池領(lǐng)域獨特的創(chuàng )新研究成果。
01
無(wú)隔膜固態(tài)鋰電池技術(shù)
在電池技術(shù)快速迭代過(guò)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(wèn)題。長(cháng)期以來(lái)，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、鋼結構件等提升安全性。
“傳統‘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?！?/strong>梁世碩指出，因為真正給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(wú)限地增加層層防護后，就使得活性物質(zhì)在電池里的占比越來(lái)越低，不能提供能量的物質(zhì)占比越來(lái)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)，太藍新能源提出了要進(jìn)行“范式革命”，轉換一種新的世界觀(guān)，提出全新的“4321”技術(shù)路線(xiàn)，在固態(tài)電池上大膽做“減法”。
“4”是指傳統液態(tài)電池的四大主材(正極、負極、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、負極、電解液，此為太藍最先實(shí)現產(chǎn)業(yè)化、無(wú)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)能量的負極去掉，只留下提供能量的正極，這是未來(lái)太藍無(wú)負極全固態(tài)電池產(chǎn)品階段。
如何能夠實(shí)現無(wú)隔膜，太藍新能源有兩個(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，離子電導率達到1.5mS/cm，優(yōu)于市面上常見(jiàn)的氧化物固態(tài)電解質(zhì)電導率”。
二是工藝創(chuàng )新。據梁世碩介紹，太藍新能源經(jīng)過(guò)多年的研究，成功實(shí)現了原位亞微米工業(yè)制膜技術(shù)(ISFD)突破，精度控制可以達到亞微米級，良率達到99%以上，并且這種技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現量產(chǎn)。
行業(yè)周知，隔膜的功能有兩個(gè)，一是電子絕緣，使正負極電子不能通過(guò);二是離子導通，正負極離子可以通過(guò)隔膜的孔進(jìn)行傳輸。梁世碩表示，太藍新能源采用的極片復合固態(tài)電解質(zhì)，可以同時(shí)具備這兩項功能，因此能夠創(chuàng )造性地推出無(wú)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。太藍新能源認為，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，才能讓消費者在市面上放心地接受和應用。
梁世碩介紹，對于無(wú)隔膜半固態(tài)電池產(chǎn)品，太藍新能源做了多項極限安全測試。在擠壓測試中，擠壓到60%形變量，仍然能保持安全;在過(guò)充測試中，充電最大電壓達到19V，仍然不起火，“因為固態(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械強度”;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(lái)我們的全固態(tài)電池沒(méi)有電解液，電池能夠承受的溫度會(huì )超過(guò)200℃、250℃，甚至更高?；谡摌O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。”梁世碩進(jìn)一步解釋道。
除了安全問(wèn)題，業(yè)內對成本也非常關(guān)注。太藍新能源無(wú)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)現超過(guò)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(lèi)具有更高克容量、更高電壓的正負極材料，從而實(shí)現更寬能量密度范圍，適應于電動(dòng)汽車(chē)、儲能、低空經(jīng)濟、便攜產(chǎn)品等各種領(lǐng)域。
據梁世碩透露，太藍新能源將在2025年實(shí)現無(wú)隔膜半固態(tài)電池小批量生產(chǎn)和樣包開(kāi)發(fā)，2026年實(shí)現裝車(chē)試用。全固態(tài)電池方面，2025年將完成體系開(kāi)發(fā)和原型驗證，2026年實(shí)現對低空飛行領(lǐng)域產(chǎn)品小批量生產(chǎn)，2027年實(shí)現乘用車(chē)示范性應用。
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