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【CBIS2020】天劲新能源王强:固态电池产业路径的思考

2020-10-16 17:16:05来源:盖世汽车

2020年10月16日-17日,“第五届动力电池应用国际峰会(CBIS2020)暨首届中国新能源新材料(宁德)峰会”盛大开幕,在主题论坛2上,广东天劲新能源科技股份有限公司CTO、研究院院长王强发表了题为“固态电池产业路径的思考”的演讲。

电池,CBIS2020

以下内容为现场演讲实录:

尊敬的各位来宾,各位专家,各位朋友,大家下午好!我是来自广东天劲新能源的王强,今天汇报的题目是“固态电池产业路径的思考”,主要是针对广东天劲的内部思考路线。

我汇报的题目主要分为四部分,第一部分是固态电池的简单介绍;第二个是研究思路;第三个是解决方案;第四个是已取得的目前一点点研究成果。

固态电池,不想展开去讲,因为现在行业里面研究固态电池挺多,我只是讲一下我们目前,因为广东天劲主要聚焦在软包动力这块,所以做固态电池的基础条件相对比方形或者圆柱好一点点,所以这个地方更多谈到软包实现路径。因为固态电池目前有一些共性的问题:第一个是固态电解质离子电导率低;第二个固界面缺乏可视量化手段;第三个固态电池目前整个的制成工艺对产业的颠覆比较大一点,所以有没有更简单、成熟的办法去做这个事情,下面会讲到。

目前,整个行业电池的发展水平可能大家都会提到以后会发展到400Wh/kg或者500Wh/kg,但是考虑到目前材料储备的情况,300Wh/kg到350Wh/kg来实现固态电池的初步量产,我觉得在两到三年可能希望会大一点。我们这个地方的整个思路,在符合固态电解质采用的是原位聚合,精准固化,与现有的动力产线工艺兼容性比较好一点,这是目前实现的基础思路。第二个目前正极采用高镍,负极采用硅氧。后面这个是和中科院联合开发,后面会简单谈一下。

其实这里面的固态电解质,这次谈到的是聚合物的固态电解质,会区分于传统的硫化物或者氧化物固态电解质。我感觉这几年聚合物的电解质还是会有更快的产业化的速度,因为它目前采用的方式第一个是小分子,第二个是离子液体,第三个塑化剂,实现路径很多。我们广东天劲目前采用的方案通过的是原位聚合的方式,我们在软包这个层面,通过增加前躯体溶液,通过热引发聚合的方式实现这个方式。整个的产线,包括整个作业方式,整个软包工艺其实调整幅度非常小。我们做动力电池,目前行业里面做PACK上面会有很多防热失控的办法,比如说有云雾片,其实PACK有很多防止热失控的方面。电芯有没有热失控内生因素在里面,这是整个工艺目前实现途径。目前,尝试的结论是比较适合规模化量产,这里讲到初步的性能。我们在整个的涂布工艺,包括聚合工艺上面其实做了很多的尝试,有很多参数变量做了很多的优化。包括现在行业对NCM811或者NCA有一些顾虑,我们这个方式可能在电芯内部去植入一些防热失控的方案,其实这个有一个很特别的地方,现有的国标都能够满足,甚至安全测试的国标的满足性比NCM622或者NCM523的性能还要好。因为NCM811有一个蛮特别的就是过冲能力比较强,会发现现在的不管是NCM811和NCA,更多是热失控怎么防控的问题,而不是国标的测试要求。

这是我们总的思路,目前采用的就是锂盐引发DOL的开环聚合,聚合温度大概50-60度,和软包整个工艺老化的温度比较接近一点。整个基本原理这个地方也不多讲,因为只是考虑到目前参考很多文献,包括一些研究院所初步的结论,初步选了这个DOL进行开环聚合。

这是目前做得一些相关的研究东西,其实会发现60度的热聚合的DOL表现的已经有聚合物或者高分子的特性,因为这里面暂时没有加增塑剂,包括其他的添加剂,所以离子导电率低一点。这个看到离子导电率已经非常接近目前能够使用的电解液的要求,因为我们在整个的应用偏向于纯电动动力电池这块,所以说整个的倍率要求,包括整个能量密度的要求,相对来讲还在一个可控范围之内,所以后面会看到整个测试的性能。这个地方要强调一点,整个的过程中其实隔膜是会存在的,包括陶瓷涂层也是会存在,只不过注液的时候有一些变化。不管是刚才谈到的铝塑膜,包括隔膜,包括陶瓷涂层,包括常规的这些正负极材料采用原位的方式。

这是和科研院所一起开发的设备,主要解决在固态电池或者半固态电池的过程中,电极与电解质接触过程中,怎么样原位表征这个应力的方式。因为会发现原位应力在电池进行充换电,或者限定一个电压窗口,或者不同的温度下进行测试的时候都可以实时监控正极材料与电解液的固态电解质目前的接触应力,我们后面其实也有很多的数据,只是这个地方我们没有把它完全展开,因为今天主要讲思路会多一点。

这是目前固态电池制造相对来讲是一个最核心的,不管将来做金属锂,还是目前的石墨、硅氧使用范围是一样的,这个适用比较多的体系。PPT上面讲的是复合锂,本身企业做研发或者跟高校合作,金属锂用的多一点。目前,采用的方式用得是石墨加少量的硅氧,配合高电的正极进行同步精准的固化,利用的是现有的软包生产工艺。这是目前初步的一个性能,这是第一个产品目前能量密度大概是在277Wh/kg,体积是68Wh/L,整体循环寿命还有优化的空间,只是说可能对目前的固态电池或者原位聚合的过程参数还需要进一步的去进行优化。

这是第二个产品能量密度在302Wh/kg,配合的是硅氧加石墨,整个循环性能目前还不是说特别优异,因为这和目前的固态电解质的导入会有一些关系。如果采用常规的这种液态电解质,循环寿命比这个要好一点点,就是后续还需要改进的一些地方。刚才也提到了,再强调一次,我们做这个事情最后的出发点就是要在电池内部植入一个能够防止电池热失控或者热扩散的这么一个关键的组成或者一个组分放在里面,这和原有的液态电解质的方式会有一些不一样的地方。这也是除了在行业发展中,更多从PACK层面进行热失控或者热扩散的防控。有没有可能在电池内部干这么一个事情,我们还在探索,希望得到大家的批评指正。

刚刚电芯出来之后,其实我们也在思考今年行业的PACK创新能力还是很大的,不管是刀片电池,还是CTP,对软包来讲,这种方式好像很难去实现CTP的方式,CTC可能更难。我们作为一个软包动力的供应商,其实我们也在思考将来有没有机会去做到比如说在电芯的单体能量密度还没有大幅的提升情况下,有没有机会像方形那样去做一些轻量化或者一些提升系统能量密度的方式。目前采用的方式还是尽量把这个模组做大一点,里面看到整个方式采用的塑料框架的PACK方式。这页表示的是整个换电的电池包最后的一个形态,因为这个换电电池包标准箱最后的组成由四个标准箱组成,每个标准箱15度电,运用在物流车或者应用在乘用车上面,标准配套60kWh的电量,这也是目前和杭州一家公司一起合作的换电电池包。所以整个过程当中会看到一个标准箱里面最共只有2个模组,采用大框架加上整体灌胶方式,上面有很多镂空的结构,里面灌的是阻燃的胶,也有导热的参数在里面。

总的来说,做动力电池希望不仅仅是从PACK层面,而且还需要从电芯的层面更多去思考将来电池行业的发展。因为现在来讲,因为我们本身这个行业发展到现在其实已经慢慢又回到原来的磷酸铁锂的这么一个状态,可以看到很多不管是商用车,还是部分乘用车,慢慢转回到铁锂状态。三元是不是没有什么发展前途,其实我觉得技术还是在不断进步,可能在未来1到2年,在三元安全性方面,我想会有一个比较大的突破,这时候整个行业的路径或者是整个行业的研究方向都会有一个比较大的变化。磷酸铁锂是一个很好的方式,但是我觉得在三元上面,我们还是要同心协力,大家共同进步。

这是我们目前已经取得的一些初步成果,可能跟学术或者专利有关,就不多讲了。

今天的报告就是这样,谢谢大家!

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅,仅作为参考资料,请勿转载!)