鉅大LARGE | 點擊量：1800次 | 2022年12月29日
固態電池商業化，輝能科技的野心和進擊
固態電池或將成為動力鋰電池技術的下一個風口，似乎是大多數業內人士的共識。不論是三雄爭霸的中日韓，還是手握利劍（多項電池核心技術專利）的美國，包括近年來的后起之秀歐洲諸國，都試圖占領這一風口浪尖。
只是這個風口到底什么時候來臨，大家還只是持觀望態度。畢竟，固態電池這條路，想走的順風順水，并沒有想象中的那么容易。
值得注意的是，輝能科技日前對外宣布今年預計完成1GWh車載固態電池產線的試車，2021年將開始量產，會比同行早45年時間，此舉不可謂不狂妄。有此野心者，目前為止，好像僅豐田一家。
據輝能科技介紹，在電芯方面，他們最新可量產的動力鋰電池固態產品為SN-01，是基于自身開發的固態陶瓷電解質、采用NCM811＋硅系負極體系，體積能量密度達550wh/L，重量能量密度可達231wh/kg，并且可以實現5C快充的產品。
先來介紹一下固態電池，再分析輝能科技的固態電池的量產。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
固態電池本質上和一般的鋰電池相同，都是靠鋰離子在電池的正負兩極之間穿梭往來，實現充放電的功能。不同的是，固態電池電解質是固態的，而一般的鋰電池電解質是液態的。
根據固態電解質材料的不同，固態電池可分成聚合物、氧化物和硫化物，其中聚合物電解質屬于有機電解質，氧化物和硫化物屬于無機陶瓷電解質。
聚合物電解質重要由聚合物基體和鋰鹽構成，其優點在于高溫離子電導率高，易于加工，電極界面阻抗可控。因此最先實現了產業化技術方向，例如Bollore和清陶就是這種技術路線。
固態電池之所以比較被看好，就是因為在理論上解決了當前困擾鋰電池，尤其是動力鋰電池行業的兩大根本痛點，即安全問題和能量密度。
從安全方面來講，液態電解質中含有易燃的有機溶劑，發生內部短路時溫度驟升容易引起燃燒，導致電池起火爆炸。
雖然，液態電解質可以通過加裝溫控和防短路這樣的安全裝置起到一定預防用途，但終究是治標不治本，無法徹底解決安全問題。
而固體電解質材料不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液問題，也有望克服當前困擾整個鋰電池行業的鋰枝晶問題。
此外，固態電解質的絕緣性使得其可以把電池正極和負極阻隔，從而做到有效防止正負極接觸發生短路的隱患。
從能量密度方面來講，使用了固態電解質，之前和液態電解質兼容不好的更高性能的正負極材料就可以應用上了。
所以，在有固態電解質之后，理論上電池的比能量就可以輕松突破350Wh/kg的天花板，甚至超越400Wh/kg。
此外，在循環壽命方面，固體電解質可以防止液態電解質在充放電過程中持續形成和生長界面膜和鋰枝晶刺穿隔膜等問題，從而大大提升了鋰電池的循環次數和使用壽命。
現在的問題是，理論上的優勢并不代表已經實現了量產，固態電池要想真正作為動力鋰電池被大規模應用并實現產業化，還有很多技術問題要解決，如固態電解質室溫電導率問題、金屬鋰作為負極問題等。
首先，電解質的功能是在電池充放電過程中為鋰離子在正負極之間移動搭建通道，而決定鋰離子傳輸順暢和否的指標就便是離子電導率，離子電導率的高低直接影響電池的整體阻抗和倍率性能。
目前為止，無論是哪種材質的固態電解質，離子電導率都普遍偏低，其中硫化物電解質的電導率相對較高，但也只限于和最差的聚合物電解質作比較。
在室溫25度下，聚合物電解質的電導率要低于常規液態電解質5個數量級，到60度時，依然差著2個數量級，到120度的時候依舊有1個量級的差距。
要保證聚合物固態電池的電動汽車正常運行，就必須將電池加熱到80度，因為只有溫度升高后，電池的導電性才能變好。
而升高電池溫度不僅麻煩，而且消耗能量，會導致電池Pack的有效能量密度顯著下降，同時由于聚合物固態電池的功率性能較差，所以在實際使用時，還要和大功率的超級電容器配合使用。
固態電解質電導率總體低于液態電解質，導致目前固態電池的內阻過大，倍率性能整體偏低，也就暫時無法實現快充。
其次，由于固態電解質的真實密度顯著高于液態電解質，為了獲得較低的接觸電阻，固態電解質體積占比一般會顯著高于液態電解質電池，因此固態電池的能量密度必然低于液態電解質電池。
所以，假如不改變固態電池現有的正負極體系，只是單純的把液態電解質更換為固態電解質，是無法從根本上提升固態電池能量密度的。
因為固態電解質的使用，在提升能量密度上不僅相關于現有的三元正極+液態電解質+硅碳負極改變不大，甚至還拖了后腿。而制造金屬鋰負極材料的工藝又極其復雜，且安全性沒有保障。
現在來看輝能科技的固態電池產品，根據輝能科技介紹，他們是針對硅負極存在的庫倫效率問題，導入負極預鋰化和正極富鋰化技術，假如預鋰化技術研發成功，固態電池性能將有所提升。
輝能科技還稱，他們在負極上加大了硅的比例，目前已經能找到100%SiOx下克服體積膨脹的方式，并已申請專利。
此外，輝能科技表示，他們在固態陶瓷電解質上不斷降低了厚度，在不影響導電率的情況下，可以從現有的45μm逐步降低至25μm。另外，在集流體上，鋁箔可以從15μm減薄至10μm，銅箔則可往4.5μm降低。
另外，根據輝能科技介紹，在Pack方面，他們正在儲備和開發新一代固態電池MAB系統，采用第二代MAB技術＋風冷設計。
MAB是輝能科技基于其固態電池自主研發的多軸向雙極技術，是通過內部串并聯，電芯可以組成一個大的復合式電池芯，可以節省掉外部串聯所需的打線、金屬柄或金屬棒等，既降低阻值，減少發熱問題的出現。這樣一來，保護系統、冷卻系統、BMS系統就可得到簡化，同時重量/體積成組效率得以新增。
綜上來看，輝能科技固態電池商業化之路的實現，至少有了一定的基礎條件，但最后結果如何，最終還是得市場說了算。
