日前，在第九屆動力電池應(yīng)用國際峰會(CBIS2024)的“先進(jìn)電池技術(shù)及應(yīng)用”主題論壇上，廣汽埃安新能源汽車股份有限公司電池研發(fā)部總監(jiān)李進(jìn)，作題為《動力電池發(fā)展趨勢及全固態(tài)電池技術(shù)進(jìn)展》的主題演講。
圖為廣汽埃安新能源汽車股份有限公司電池研發(fā)部總監(jiān)李進(jìn)發(fā)表演講
李進(jìn)指出，續(xù)航、安全、補能便利性、價格是當(dāng)前新能源汽車用戶最為關(guān)注的四個方面，快充和安全是未來電芯發(fā)展的主要方向，全固態(tài)電池是必然路線之一。他重點介紹了固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)進(jìn)展情況，并公布了廣汽原型固態(tài)電池的開發(fā)進(jìn)展。
01
需求端牽引動力電池技術(shù)發(fā)展
李進(jìn)表示，市場需要什么樣的新能源汽車，新能源汽車反過來要求動力電池達(dá)到什么樣的性能，這是一個需求牽引的過程。通過行業(yè)分析得出，當(dāng)前，續(xù)航、安全、補能便利性、價格等是影響客戶購買新能源汽車的重要因素。
首先，最重要的是續(xù)航。從今年1-8月新能源汽車細(xì)分領(lǐng)域的增長來看，EV同比增長39%，REEV、PHEV增長率大幅提升。這表明，在當(dāng)前高端純電汽車已將續(xù)航提升至800公里以上的情況下，消費者仍有一定程度的續(xù)航焦慮，未來REEV的純電續(xù)航成為下一個競逐的焦點。
李進(jìn)指出，當(dāng)前，磷酸鐵鋰電池在純電方面的市占率較高，但其能量密度不斷迭代升級已相對接近極限，目前磷酸鐵鋰電芯的體積能量密度可以達(dá)到420Wh/L，伴隨技術(shù)不斷創(chuàng)新升級，預(yù)測大概能達(dá)到440Wh-450Wh/L的水平。此外，高錳高電壓的技術(shù)路線，包括磷酸錳鐵鋰、尖晶石鎳錳酸鋰等高錳體系可以進(jìn)一步提升電芯的能量密度，進(jìn)而提升整車的續(xù)航能力，并降低電池成本，其或?qū)⒃诓糠謶?yīng)用場景下實現(xiàn)對磷酸鐵鋰電芯的替代。
其次，快充方面，主要從電芯材料和電芯設(shè)計兩方面進(jìn)行優(yōu)化。一方面，通過優(yōu)化材料大幅降低電池的內(nèi)阻，例如正極方面優(yōu)化包覆設(shè)計，減少大顆粒，負(fù)極方面通過選擇原料膠，優(yōu)化骨料粒徑等，改善快充能力;另一方面，電芯設(shè)計端則通過全景和多層極片的結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括電芯整體規(guī)格尺寸的優(yōu)化，降低內(nèi)阻。此外，通過溫控策略和充放電制度的優(yōu)化，亦可大幅縮短充電時間，提升充電速度。
第三，電池安全方面，主要包括本征安全、被動安全和主動安全三方面。李進(jìn)表示，無論是磷酸鐵鋰還是固態(tài)，亦或是在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，電芯的本征安全決定了電池系統(tǒng)的總體水平。被動安全決定了電池系統(tǒng)的安全下限，包括采用熱蔓延防護(hù)技術(shù)、熱失控散熱技術(shù)，以及相關(guān)的檢測技術(shù)等。而主動安全則決定了電池系統(tǒng)的上限，包括基于外部特征的遠(yuǎn)程診斷技術(shù)、多元傳感器的遠(yuǎn)程診斷技術(shù)，以及全生命周期的標(biāo)定和電芯的修復(fù)。
李進(jìn)表示，總體來看，電芯安全技術(shù)，尤其是被動安全方面，經(jīng)過近些年行業(yè)的快速發(fā)展，已趨于成熟。長期來看，電芯的本征安全和主動安全方面仍需不斷提升，例如當(dāng)前行業(yè)內(nèi)改善本征安全比較熱門的全固態(tài)電池，最重要的特征是在提升能量密度的同時改善本征安全性。
02
固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)展情況
李進(jìn)表示，專利在一定程度上可以體現(xiàn)各企業(yè)在固態(tài)電池前期技術(shù)投入方面的情況，同時對技術(shù)的成熟度也有一定的參考意義。廣汽埃安通過對全固態(tài)電池的專利進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，全球范圍內(nèi)，與全固態(tài)電池相關(guān)的專利，年度申請量一直保持高增長，尤其2016年之后呈現(xiàn)快速上升趨勢，全球固態(tài)電池領(lǐng)域的競爭日趨激烈。
日韓企業(yè)在全固態(tài)電池領(lǐng)域的專利布局較早，且申請量比較大，與之相比，中國國內(nèi)的申請量要少得多。當(dāng)然，近兩年行業(yè)關(guān)注度較高，國內(nèi)整體研發(fā)投入持續(xù)加大，未來這方面的專利預(yù)計將快速攀升。
李進(jìn)表示，通過對全固態(tài)電池重要技術(shù)分支方向的研究發(fā)現(xiàn)，大部分全固態(tài)電池技術(shù)方向都出現(xiàn)于十年之前，而且經(jīng)歷了長期發(fā)展。其中氧化物和硫化物電解質(zhì)技術(shù)成熟度最高，復(fù)合電解質(zhì)技術(shù)潛力巨大。
據(jù)李進(jìn)介紹，目前硫化物固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率可以接近甚至超過液態(tài)電解液，業(yè)內(nèi)有多家企業(yè)可提供公斤級的樣品，是短期內(nèi)重要的開發(fā)方向。中長期看，每種固態(tài)電解質(zhì)都有自己的短板，最終有望以復(fù)合的策略實現(xiàn)在動力電池領(lǐng)域的應(yīng)用。全固態(tài)電池商業(yè)動態(tài)方面，預(yù)計2026-2027年前后將會有相關(guān)車型推出。
廣汽埃安固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)展方面，據(jù)李進(jìn)介紹，基于硫化物、聚合物的多元復(fù)合，兩條路線都在推進(jìn)，但在2026-2027年這個節(jié)點，基于硫化物的多元復(fù)合技術(shù)路線，在綜合性能方面達(dá)到車規(guī)級要求的可能性更高。
圍繞硫化物的多元復(fù)合路線，基于9系高鎳三元材料成為重要布局方向，同時富鋰錳基材料一些關(guān)鍵問題還需改善。固態(tài)電解質(zhì)濕法成膜技術(shù)方面，目前最大寬幅可以做到300毫米以上，電解質(zhì)膜常溫離子導(dǎo)電率可做到1mS/cm以上，40℃可以達(dá)到4-5mS/cm，為未來的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
原型固態(tài)電池開發(fā)進(jìn)展方面，據(jù)李進(jìn)介紹，廣汽埃安已完成30Ah大尺寸全固態(tài)電池的試制，能量密度達(dá)400Wh/kg，可以通過針刺、裁切和200℃熱箱試驗。
李進(jìn)同時也指出，全固態(tài)電池還有很多難點，最主要的三大領(lǐng)域分別為：材料的開發(fā)與量產(chǎn)技術(shù)、電芯的設(shè)計與制造、系統(tǒng)集成與整車驗證技術(shù)。
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