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能量密度與安全性的平衡,是電池技術(shù)迭代的永恒命題,而全固態(tài)電池正是破解這一命題的關(guān)鍵鑰匙。
10月23日,2025新能源電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)上,欣旺達(dá)動(dòng)力科技股份有限公司中央研究院院長徐中領(lǐng)發(fā)布了聚合物固態(tài)電池新品——“欣·碧霄”。這是欣旺達(dá)第一代全固態(tài)電池產(chǎn)品,能量密度達(dá)到400wh/kg,20Ah的電芯在不到1MPa的超低外加壓力下,實(shí)現(xiàn)循環(huán)壽命1200周,并通過200℃熱箱等嚴(yán)苛的安全測試,具有超高的安全性。
徐中領(lǐng)在發(fā)布會(huì)上表示,欣旺達(dá)計(jì)劃今年年底建成0.2G瓦時(shí)的具備更高兼容性的固態(tài)電池中試線,將實(shí)現(xiàn)兼容60安時(shí)的電芯單體的制備,同時(shí)制程速度可以達(dá)到10ppm。此外,他還劇透,欣旺達(dá)已經(jīng)成功試制了520Wh/kg的鋰金屬超級(jí)電池的實(shí)驗(yàn)室樣品;安全性方面,循環(huán)后的鋰金屬電池仍然可以通過200℃的熱箱,3mm針刺和115%SOC過充測試,具備全生命周期安全性。
在大規(guī)模量產(chǎn)的時(shí)間表上,欣旺達(dá)電子股份有限公司副總裁兼CSO梁銳表示,全固態(tài)電池樂觀地看,2030年以后可能小批量生產(chǎn),而且它會(huì)和液態(tài)鋰電池長期并存。
01
性能突破:數(shù)字背后的技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)
1MPa的超低壓力、1200周的循環(huán)壽命、200℃熱箱的安全測試……這一系列數(shù)字背后,是欣旺達(dá)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在材料、設(shè)計(jì)和工藝上的三大系統(tǒng)性創(chuàng)新。
核心電解質(zhì)突破
針對(duì)傳統(tǒng)聚合物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低、機(jī)械強(qiáng)度差的明顯短板,欣旺達(dá)創(chuàng)新性地開發(fā)了柔性的高導(dǎo)鋰聚合物,配合高解離度的鋰鹽和功能性的多元填料,并引入了錨定位點(diǎn)的阻燃高強(qiáng)聚合物。這使得新型聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜室溫離子電導(dǎo)率突破了2.5mS/cm,比傳統(tǒng)聚合物提升了5倍以上,足以媲美硫化物電解質(zhì)膜的水平;同時(shí),其厚度降至12微米,已接近常規(guī)液態(tài)電解質(zhì)隔膜的厚度,并實(shí)現(xiàn)了本征安全。
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高性能電極與界面
為實(shí)現(xiàn)400Wh/kg的超高能量密度,電池采用了全新的納米化高熵硅負(fù)極材料,其比容量高達(dá)2700mAh/g,達(dá)到傳統(tǒng)石墨負(fù)極的7倍以上,并且首效也達(dá)到96%,循環(huán)壽命比傳統(tǒng)硅負(fù)極提升了一倍以上。
同時(shí),團(tuán)隊(duì)采用了極片固態(tài)化技術(shù)和原位致密化技術(shù),將極片的孔隙率從常規(guī)的25%以上降至5%,成功構(gòu)建了良好的鋰離子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),克服了固態(tài)體系中因無液態(tài)電解液而無法在孔隙中傳輸鋰離子的核心難題。
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針對(duì)高硅負(fù)極在循環(huán)中的膨脹問題,團(tuán)隊(duì)巧妙地在其表面構(gòu)筑了不足一微米的高粘性界面層,實(shí)現(xiàn)了高延展性、自修復(fù)和高粘接力的效果,使界面阻抗降低30%,從而保證了在1MPa超低壓力下的穩(wěn)定循環(huán)。
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此外,一款“真全固態(tài)”電池要通過120℃真空烘烤6小時(shí)的嚴(yán)苛測試。結(jié)果顯示,欣旺達(dá)全固態(tài)電芯失重率小于0.9%,達(dá)到了全固態(tài)電池的標(biāo)準(zhǔn),并且烘烤后的電芯仍可正常工作。
02
行業(yè)發(fā)展:技術(shù)平衡與產(chǎn)業(yè)協(xié)同
目前全固態(tài)電池還處于早期階段,首先要解決技術(shù)問題,然后是技術(shù)層面的性能優(yōu)化,以及產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同與商業(yè)化節(jié)奏的理性把控。在這些方面,欣旺達(dá)都有著自己的認(rèn)知和節(jié)奏。
路線抉擇:率先落地“聚合物”
在固態(tài)電池的技術(shù)路線上,存在著聚合物、氧化物、鹵化物,硫化物四大路徑,而欣旺達(dá)將首發(fā)產(chǎn)品押注于聚合物上。
“短期,它是落地最快的。”徐中領(lǐng)對(duì)《電動(dòng)汽車觀察家》坦言。
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徐中領(lǐng)分析了其他幾條主要路線的特點(diǎn):氧化物本身材質(zhì)比較硬,加工性能比較差,很難單獨(dú)成膜,所以現(xiàn)在氧化物電解質(zhì)用于半固態(tài)體系更多一點(diǎn)。另外兩個(gè)主要路線就是硫化物和聚合物,硫化物它的優(yōu)點(diǎn)是非常明顯的,它的離子電導(dǎo)率非常高,可以達(dá)十幾個(gè)毫西,成膜之后也能達(dá)到3個(gè)毫西左右的水平。但硫化物路線目前在環(huán)境敏感性、生產(chǎn)工藝裝備、應(yīng)用與成本等層面還未達(dá)到產(chǎn)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)。聚合物最大的問題就是離子電導(dǎo)率問題,其加工性、成本這些方面都是比較友好的。
除了落地速度,聚合物路線的制造工藝與液態(tài)電池有更多共性,是其另一大優(yōu)勢。徐中領(lǐng)對(duì)比指出,硫化物固態(tài)界面問題是比較突出的挑戰(zhàn),生產(chǎn)和應(yīng)用均需要高外加壓力,“生產(chǎn)效率會(huì)大大降低”,而“我們現(xiàn)在這個(gè)方案,制造過程中不需要特別的高壓,工藝設(shè)備與液態(tài)體系通用性高。” 這對(duì)于控制成本、快速導(dǎo)入量產(chǎn)至關(guān)重要。
技術(shù)層面:從界面到性能的持續(xù)優(yōu)化
徐中領(lǐng)坦言,聚合物電解質(zhì)雖解決了離子電導(dǎo)率和兼容性等關(guān)鍵問題,但仍有優(yōu)化空間:“現(xiàn)在極片孔隙率降到5%,我們還希望進(jìn)一步把它降低到1%,因此進(jìn)一步優(yōu)化配方工藝將是我們下一階段的工作重點(diǎn)”;鋰金屬電池雖能量密度優(yōu)勢顯著,“循環(huán)壽命從300多周提升到500多周,實(shí)現(xiàn)了全生命周期高安全性,具有一定的應(yīng)用場景,但壽命有待進(jìn)一步提升,且快充等問題仍需重點(diǎn)攻關(guān)”。
此外,固態(tài)電池的工程化問題也需突破,徐中領(lǐng)指出:“小試階段能解決材料、化學(xué)體系、電芯設(shè)計(jì)和工藝可行性等核心技術(shù)問題,但工程化需要解決全尺寸電芯界面一致性、批次穩(wěn)定性、環(huán)境管控等問題,這些不是‘有和無’的問題,而是‘好和更好’的問題,需要量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、設(shè)備優(yōu)化和工藝迭代來支撐。”
行業(yè)層面:商業(yè)化節(jié)奏的理性把控
對(duì)于全固態(tài)電池的商業(yè)化時(shí)間表,行業(yè)內(nèi)存在不同判斷。欣旺達(dá)電子股份有限公司副總裁兼CSO梁銳表示:“日本和美國企業(yè)曾聲稱2027年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化,我個(gè)人感覺有些過于自信,最樂觀的是2030年以后可能小批量生產(chǎn),而且它不可能大規(guī)模取代液態(tài)鋰電池。鉛酸電池100多年了還在應(yīng)用,固態(tài)電池和液態(tài)電池會(huì)長期并存。”
梁銳認(rèn)為,應(yīng)該理智地看待商業(yè)化產(chǎn)品培養(yǎng)的過程,它是有自己的規(guī)律的。
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欣旺達(dá)電子股份有限公司副總裁兼CSO梁銳
徐中領(lǐng)也認(rèn)同這一觀點(diǎn),他在采訪中分析:“全固態(tài)電池不會(huì)一上來就全面鋪開,會(huì)優(yōu)先在飛行器、機(jī)器人這些對(duì)能量密度和安全要求高的場景首先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化突破——這些場景對(duì)成本不敏感,是‘Yes or No’的剛需,能快速驗(yàn)證技術(shù)價(jià)值;待產(chǎn)業(yè)鏈成熟、成本降下來,再向車用領(lǐng)域滲透,并且固態(tài)和液態(tài)電池是互補(bǔ)而非取代關(guān)系——就像鈷酸鋰、三元、磷酸鐵鋰各有應(yīng)用場景一樣。”
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03
未來競爭:是“馬拉松”而非“百米沖刺”
面對(duì)固態(tài)電池發(fā)展,梁銳認(rèn)為沒有捷徑可以走,企業(yè)必須踏實(shí)深入研究。
鋰電池產(chǎn)業(yè)不同于其他產(chǎn)業(yè),不同的企業(yè)的設(shè)備、工藝甚至控制指標(biāo)都不相同。“做固態(tài)電池我覺得也大概率會(huì)走這樣一條道路,每一個(gè)企業(yè)都要去在產(chǎn)品體系開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝開發(fā)以及設(shè)備研發(fā)方面,都要有自己的團(tuán)隊(duì)和設(shè)計(jì)思路。”梁銳說道。
梁銳認(rèn)為,在固態(tài)電池領(lǐng)域取得領(lǐng)先地位的企業(yè),首先“要足夠大,要有實(shí)力,你要有錢,還要有投資”;其次要“有比較優(yōu)秀的人才”和“創(chuàng)新的思維”;最后,必須“做一些產(chǎn)學(xué)研的合作”。
梁銳認(rèn)為,固態(tài)電池是漸進(jìn)式發(fā)展的過程,欣旺達(dá)選擇從半固態(tài)到全固態(tài)的發(fā)展路徑。
徐中領(lǐng)則在工程化層面給出了信心:“只要科學(xué)上的可行性問題解決掉了,并且有明確的應(yīng)用場景,工程和市場化方面我相信中國人應(yīng)該是不落后于其他國家。”他補(bǔ)充道,“所以只要它有市場,我相信我們可以做得更快更好。”
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