揭開清陶能源固態(tài)電池第一層面紗:何時(shí)落地上汽智己L6?

時(shí)間:2024-03-27 09:14來源:NE時(shí)代新能源 作者:Leon
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一次預(yù)熱+一場(chǎng)直播,清陶能源一代固態(tài)電池開始浮出水面。

上汽智己計(jì)劃將其首發(fā)搭載L6,對(duì)外宣傳行業(yè)首個(gè)準(zhǔn)900V超快充固態(tài)電池。

如何實(shí)現(xiàn)900V?

結(jié)合按照智己汽車劉濤釋放的信息,一塊電芯電量相當(dāng)于60個(gè)iphone手機(jī)容量,初步判斷電芯容量在180Ah-240Ah區(qū)間。
 

204個(gè)電芯,按照峰值電壓上限900V計(jì)算,最大電壓超過4.4V。

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清陶一代固態(tài)電池:氧化物+聚合物+5%-10%電解液

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按照清陶李崢在直播中透露的信息,在該款固態(tài)電池中加入10%浸潤(rùn)劑。結(jié)合此前的信息,推測(cè)下來,應(yīng)該就是第一代固態(tài)電池的思路,聚合物+氧化物+5%-10%電解液,經(jīng)過熱聚合形成凝膠網(wǎng)絡(luò),在正負(fù)極材料、隔膜兩側(cè)涂覆固態(tài)電解質(zhì)。

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按照清陶對(duì)于固態(tài)電池的規(guī)劃,從半固態(tài)到全固態(tài),除了逐步降低電解液占比直至全固態(tài),電解質(zhì)開始多種材料的復(fù)合使用;負(fù)極從硅碳到金屬鋰或者含鋰合金;工藝上逐步取消隔膜、類隔膜;能量密度規(guī)劃從360wh/kg提升到500Wh/kg以上。

第一代半固態(tài)電池:材料上,采用半固態(tài),正極三元高鎳,負(fù)極搭配硅碳負(fù)極,電解質(zhì)中液體含量5%—10%,氧化物電解質(zhì)為主,輔之聚合物形成復(fù)合電解質(zhì);工藝上,采用納米固態(tài)電解質(zhì)涂覆以及固態(tài)電解質(zhì)層成型;能量密度目前360Wh/kg,最高可達(dá)420Wh/kg。

第二代準(zhǔn)固態(tài)電池:材料上,正極采用三元高鎳、鎳錳,負(fù)極搭配含鋰的復(fù)合負(fù)極,電解質(zhì)中液體含量小于5%,基于第一代氧化物與聚合物的復(fù)合IPC電解質(zhì)中添加鹵化物及硫化物;工藝上,隔膜、類隔膜完全消失;能量密度可達(dá)400-500wh/kg。

第三代全固態(tài)電池:正極無鋰缺鋰材料,負(fù)極金屬鋰或含鋰合金,固態(tài)電解質(zhì)沿用IPC電解質(zhì)體系;能量密度超過500wh/kg。

半固態(tài)到1000km續(xù)航?

搭載清陶固態(tài)電池的智己L6宣稱可達(dá)到1000km續(xù)航。
 

除了PACK層面的優(yōu)化,這款固態(tài)電池提升續(xù)航的方式就是在正負(fù)極、電解質(zhì)材料上做文章。

目前市面上的產(chǎn)品中,石墨克容量在330mAh/g,正極鐵鋰180mAh/g,N5在200-210mAh/g左右。作為決定能量密度上限的正極材料,自然成為兵家必爭(zhēng)之地。

清陶和智己合作的這款固態(tài)電池,正極采用超高鎳,意味著正極材料克容量可能直接被提到230mAh/g左右的水平。相較于目前主流的鐵鋰和N5材料,更容易實(shí)現(xiàn)1000公里CLTC續(xù)航。

負(fù)極采用高比能復(fù)合硅碳負(fù)極,也是直接將克容量往新的層級(jí)上提升,搭配智己宣傳的自研納米尺度固態(tài)電解質(zhì)包覆正極,納米級(jí)別的包覆厚度,優(yōu)化正極材料,提升離子電導(dǎo)率和能量密度。

針對(duì)各個(gè)材料,行業(yè)目前的趨勢(shì)是,相對(duì)成熟的正極三元,從目前的高壓55系往高鎳、超高鎳或者富鋰錳方向發(fā)展,負(fù)極普遍為石墨體系,頭部企業(yè)開始采用一些添加3%-5%的硅碳體系,未來將從石墨到硅碳再往鋰金屬方向發(fā)展,最終實(shí)現(xiàn)高比能的安全電池。

智己和清陶這款電池實(shí)現(xiàn)高比能的思路是,基于固態(tài)電解質(zhì)相對(duì)較高的穩(wěn)定性,搭配更高比容量的超高鎳正極和硅碳負(fù)極,發(fā)揮安全、理論能量密度等指標(biāo)的優(yōu)勢(shì)。

按照劉濤所述“能量密度數(shù)倍于120Wh/kg這個(gè)數(shù)字”,結(jié)合此前上汽透露的半固態(tài)單體能量密度368Wh/kg,樣件能量密度理論上已經(jīng)超過液態(tài)鋰離子電池能量密度極限。

放電功率、循環(huán)壽命、成本、安全 怎么解?

固態(tài)電解質(zhì)在發(fā)揮其穩(wěn)定性、匹配更高克容量的正負(fù)極材料的同時(shí),同樣面臨固固界面、循環(huán)壽命、安全等等問題。
 

固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極的接觸會(huì)形成更高的界面阻抗,雖然半固態(tài)電解質(zhì)能在一定程度上降低界面阻抗,但無法從本質(zhì)上緩解。內(nèi)阻提升,會(huì)影響充電速度。

針對(duì)此問題,上汽智己發(fā)布首創(chuàng)干法固態(tài)電解質(zhì)層一體成型技術(shù),降低正極與電解質(zhì)之間的阻抗,配合超高離子電導(dǎo)率納米固態(tài)電解質(zhì),電芯整體內(nèi)阻大幅下降,提升快充速度。正極包覆增加充放電的穩(wěn)定性,從而提升其循環(huán)性能和安全性能。疊加高比能正負(fù)極、電解質(zhì)組合對(duì)整體能量密度的提升,進(jìn)一步保證電池的循環(huán)性能。

在安全方面,雖然固態(tài)電解質(zhì)可燃性比液態(tài)電解質(zhì)低、工作環(huán)境溫度更寬,從而使得在部分條件下,固態(tài)電解質(zhì)更安全,比如電池?fù)p壞后,無電解液泄漏風(fēng)險(xiǎn),無危險(xiǎn)可燃?xì)怏w排出,不易燃燒和爆炸,正負(fù)兩極由高強(qiáng)度固態(tài)電解質(zhì)層隔開,大大降低穿刺導(dǎo)致短路可能性。但是,在搭配某些比如鋰金屬的材料,同樣還是會(huì)有枝晶生長(zhǎng)造成電池短路從而引發(fā)熱失控的等等問題。

針對(duì)安全問題,上汽智己推干法一體成型耐高溫固態(tài)電解質(zhì),搭配“預(yù)”、“導(dǎo)”、“構(gòu)”、“隔”、“疏”五重電池安全防護(hù)措施。

成本層面,按照上汽集團(tuán)創(chuàng)新研究開發(fā)總院常務(wù)副院長(zhǎng)蘆勇此前在媒體溝通會(huì)上透露的信息,與清陶合作的半固態(tài)電池,能量密度與三元、磷酸鐵鋰相比,同樣重量的PACK里面,續(xù)航提升10%,成本下降10%-30%。2024年將量產(chǎn)裝車。

但是在3月26日直播中,清陶李崢并未就成本的問題進(jìn)行針對(duì)性解答,而是表示借助上汽規(guī)模化及其他資源,將成本降低。

(責(zé)任編輯:子蕊)
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