半固态+圆柱电池能擦出什么火花?

彬彬评商业 2025-03-14 16:12:46

液态锂电池的能量密度已经接近极限,并且存在热失控的风险,为了满足更高的安全性和能量密度需求,固态电池应运而生。

但全固态电池由于多种技术痛点无法有效解决,故厂家纷纷从半固态电池开始入手,用逐渐减少电解液的使用量方式来进行技术过渡,半固态电解液含量一般为5%-10%,并加以聚合物/氧化物固态电解质,此外负极也从石墨体系升级到硅基负极,正极从磷酸铁锂升级至高镍三元/富锂锰基等,隔膜仍然保留并涂覆有固态电解质涂层。

从半固态电池形态看,方壳和软包被视为较有希望的形态,但圆柱电池呼声较低,因为固态的电解质与其中的卷绕工艺或有不适配,但随着圆柱电池逐渐放量,半固态技术的圆柱电池也会有属于自己的空间。

例如今年3月初金杨股份就表示:“已给相关客户送样4680大圆柱产品用于研发半固态电池。”去年4月正利新能也推出首款双重半固态超长续航大圆柱电池——正力·骐龙。比克电池也基于原位固化的半固态技术方案可以推及到圆柱产品。

今年2月,在2025起点锂电圆柱电池技术论坛现场,诺达智慧 总经理 江国龙则对半固态圆柱电池技术进行更深层次解读。

半固态圆柱电池技术发展现状

在会议上江国龙向在场同仁介绍了两个内容:1.圆柱的固态和半固态形态;2.圆柱的全极耳技术。

半固态圆柱电池最重要的是在失效时让整体温度不超过正负极主材料的热失控温度,为此诺达智慧做了半固态机理将隔膜耐高温极限提升至250℃,保证在针刺的情况下不出现热失控,把隔膜上的固态电解质固化到隔膜孔隙中,锂离子从负极到正极、从正极到负极的时候,不是穿过隔膜,而是根据隔膜中间的孔隙置换来经过隔离膜,大大降低了温度。

半固态电池能兼容现有电池的工艺和安全性。全固态方面则还需要3-5年的时间才能量产,期间需要逐步克服界面的阻抗、电解质材料差异、成本、量产难度,传统液态电池的局限性已经出现,从液态电池到固态电池过度阶段即是半固态电池放量时。

目前半固态电解质主要采用氧化物路线,成熟度最高,正极还是用高镍镍钴锰酸锂,电解液制程主要是用固态电解质在隔膜上做涂层,负极还是用原来的石墨,掺杂一些硅碳提高比能量,18650也能做到3000mAh以上容量,硅掺到20%,循环能达到1000次以上。

半固态在圆柱上的使用有很多优点:机械强度高、标准化生产、高能量密度。最主要的是能够标准化生产,自动化程度非常高。性能优势方面,最主要是安全,倍率放电、工作温度,可以在80度以上连续500次以上循环的工作。

由液态到固态主要是材料的变革,与液态电解质相比,固态电解质中离子间相互作用强,离子迁移能垒较高,导致离子电导率较低。产品测试标准不统一,缺乏标准化的生产设备,都在研发阶段。

诺达智慧用现有的生产设备生产半固态电池,在圆柱半固态走得比较快。半固态的创新,主要是材料、工艺的优化,提高稳定性,制造工艺开发,强化产业配套。应用场景,诺达智慧的半固态电池成本会比原有的液态电池高5%看左右。

全极耳技术也是未来半固态圆柱电池需要重视之处,江国龙认为大的圆柱电池和方形电池有足够的空间来做全极耳的方案,但在小电池里做全极耳的难度非常大,本身的全极耳还要加集流盘等,那势必影响很多空间。

所以诺达智慧采用了多极耳方案,极耳在钢壳盖帽上直连的方案,并获得几项相关专利,这种方式不仅把空间给置换出来。还有一个点是工艺最简单化,也就是极耳直连,扭矩焊和超焊都能够做到,可达到中与全极耳一致得效果6mΩ以下,同时可以达到30C以上放电。

在去年起点锂电&两轮车换电行业年会上,江国龙就将半固态电池优劣势进行了详细阐述,江国龙认为半固态电池的优点,除了比能量,还有宽温域,工作范围可以-40度到70度。

但同样,半固态电池由于存在电解液,安全问题也需要重视,诺达智慧也因此进行了长期研究,让针刺之后5倍的短路电流不在大的面积发热。

第一步是用固态电解质侵蚀到隔膜里,让其耐温到达200度不收缩;下一步的工作把200-300的的热失控进行提升,把固态电解质进行包覆,提高它的热失控度;第三步,针刺之后电解液漏出,电解液漏出之后可能会点燃有机溶剂,用30%的电解质渗透到正极、负极。

未来是人工智能/低空经济/机器人发展的旺盛期,是下一代的工业革命的主体,那么新一代的驱动系统一定是固态电池,这也是诺达智慧坚定不移深耕固态电池技术路线的最重要原因。

圆柱形态+半固态技术=新路线

诺达智慧在圆柱与半固态之间寻找平衡,也是顺应电池行业发展趋势。因为圆柱电池与半固态电池将会在近两年内迎来春天,如果将二者优势合二为一,或许能闯出一条全新的路线。

在新能源汽车和储能发展初期,各品牌端产品开发需求不同,导致电池的尺寸以及能量密度规格不一,经过长期发展后趋于同质化,所以行业多位资深人士认为,电芯标准化一定是未来趋势,因为圆柱电池尺寸标准化已经显出优势。

近年来诸多电池企业也都在寻找电池标准化最优解,其中18系/21系/46系圆柱电池就成为了最佳选择,以上型号可满足大多数终端产品对能量和电池包空间的需求。

相较于液态电池,半固态电池逐渐减少电解液,提高安全性,兼容激进化学材料,也被业内所看好,多家企业公布其半固态电池技术进展,风口已经开启。

所以半固态圆柱电池,可兼容当今两种发展趋势的需求,如果找到契合点,将大大提升国内电池制造进程,加快新能源产业技术迭代。

在这一发展趋势下,诺达智慧也在进行着努力,公司官网显示去年9月公司研发的半固态电池已成功。该产品采用特制耐500摄氏度隔膜,经反复实验,该款产品相较与常规产品,将具有更安全性,更高比能量。此外,该产品采用无可燃离电解液的设计,让您无需担忧安全隐患。不仅如此,该产品电芯针刺测试通过率为100%,达到锂离子电池真正意义上的绝对安全。

在今年起点锂电进行的圆柱电池寻访活动中,诺达智慧也对公司圆柱电池进展进行过详细披露,诺达智慧圆柱电池产品主要为18/21/26系列,采用多极耳工艺,成本可以做到与传统产线齐平,目前合计产能达到3GWh。

新技术方面,诺达智慧关注固态电池技术,2024年9月,其圆柱半固态电池宣布研发成功。产品采用特制耐500°C高温的隔离膜,与常规产品相比具有更高安全性、更高比能量。此外,该产品采用无可燃油离电解液的设计,无需担忧安全隐患。据悉,该产品电芯针刺测试通过率达到100%。

规划方面,诺达智慧将继续深耕数码、两轮车以及电动工具领域,同时兼顾海内外市场,比如在两轮车领域,公司将持续布局东南亚、印度等市场。

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