蜂巢能源：固态电池领域的突破与创新

原创汽车电子设计 2024-04-16 09:06

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芝能汽车出品

近期随着上汽、广汽等企业纷纷发布固态电池的产品，固态电池的话题迅速成为国内新能源行业的热点。全固态电池作为下一代电池的首选方案之一，被列入中国、美国、欧盟、日韩等主要国家的发展战略，也是世界各国下一代电池技术竞争的关键制高点，中国国内各新能源企业也均有布局。

2024年1月，中国全固态电池产学研协同创新平台（CASIP）在北京举行揭牌仪式。从国家层面来说，中国做固态电池主要是为了防范全球技术突破给中国产业带来颠覆性影响；对企业层面而言，固态电池也是每个中国新能源电池企业下一代技术路线的布局。

全固态电池的基本构造包括正极、负极和固态电解质膜。在充电和放电过程中，正负极之间的锂离子交换通过固态电解质传输；而传统锂电池中，锂离子通过在液态电解液中“游动”来传输。全固态电池这种构造使得锂离子电池更加安全可靠，能够避免因电解液泄漏而引发的安全事故，并且采用更高比容量的硅负极与金属锂负极，从而实现超过500Wh/kg以上的能量密度以及更长的循环寿命。

当然我们看到，现在很多企业对外宣传固态电池产品，其实只是固液混合的半固态电池，而非真正意义上的的全固态，其特点是添加了固态电解质的液态电池，其电池内部的构造原理与液态锂离子电池类似，不属于颠覆性技术，仅仅是提升现有液态电池安全性的技术手段之一。

半固态电池正在试装车，但是良品率、电池成本、充电倍率、循环寿命这些问题还需要解决。

固态电池的优势

全固态电池相较于传统液态电池具有诸多优势：

● 固态电解质不易燃烧更安全，能够避免因液态电解液泄漏而引发的安全隐患。

● 全固态电池因为内部固态电解质无法流动，因此可以实现内串联，大大减少了电池外部串联的零部件，提高系统能量密度。

● 全固态电池的能量密度更高，因为固态电解质膜可以抑制锂枝晶的生长，因此可以使用锂金属作为负极，大大提高电池的能量密度，特别是体积能量密度，在有限的空间内能够存储更多的能量，这对于车载场景非常有用。

目前，全固态电池技术仍处于发展的初期阶段，但已经取得了一些重要进展。例如，硫化物固态电解质的研发取得了突破，离子电导率大幅提高，使得全固态电池的性能得到了显著提升。全球范围内各国纷纷将全固态电池技术列入重要发展战略，并投入大量资源用于研发和产业化推广。

中国在固态电池技术的发展路线上，创新的提出了半固态电池路线，在全固态电池还未实现量产之前，首先加快固液混合的半固态路线实现量产落地。这一点与国际上以全固态为主的情况不同，中国新能源各大企业目前即将量产或正在量产的主要是采用固液混合的技术路线，包括氧化物和聚合物电解质等的结合。

固液混合电池是由液态电池向全固态电池发展过程中的一个过渡的技术路线，既能提高电池的安全性，又能快速实现落地，需要解决的主要问题包括：良品率、电池成本、充电倍率和循环寿命等。

虽然现在半固态电池在快速发展，但全固态仍然是下一代电池技术的主流方向。中国固态电池产业有望在2030年左右实现产业化突破，同时也作为战略技术储备。

蜂巢能源的研究与突破

蜂巢能源在固态电池和半固态电池方面都取得了显著的进展。在半固态电池领域，先后推出了第一代和第二代果冻电池，该电池在能量密度、安全性和快速充电等核心参数上全面领先于传统的液态产品。

目前第二代果冻电池突破了中高镍掺硅体系膨胀的瓶颈，采用了二代果冻电解质和一体化复合正极技术，这有效地抑制了内部短路的扩展。蜂巢能源已经建立了一个4800㎡的果冻电池试制线，并且第二代果冻电池即将进入B样阶段，已经得到了国际某知名OEM的高度好评。

当然全固态电池的发展仍然面临着诸多挑战。从材料开发到电芯制造，都存在着诸多技术难题。例如，硫化物电解质的稳定性问题、膜的制备难度、电极间绝缘不足等。

针对这些挑战，可以使用包括多元素掺杂、专用粘结剂和溶剂技术等。

随着中国政府和产业界的重视，增加对固态电池领域的政策扶持和资金投入，蜂巢会努力和产业界一起加速固态电池技术的成熟和商业化进程。

蜂巢能源在固态电池领域的研究集中在四种主要的固态电解质上：聚合物、氧化物、卤化物和硫化物。经过针对性的研究，蜂巢认为硫化物是目前固态电池的主要发展方向。硫化物具有高的离子电导率、低的比重和良好的加工性能，这使得它成为理想的固态电解质材料。350Wh/kg以上的高能量密度硫化物全固态电池的核心技术，被视为目前高能量密度全固态电池的首选技术路线。

目前，蜂巢能源在材料、电解质膜和电芯开发方面取得了迅速进展：

● 在材料方面，完成了正极包覆改性的开发。

● 自主开发的硫化物电解质具有大于10.50mS/cm的离子电导率，并且具备在-40℃露点环境下操作的能力。

● 电解质膜开发具备了大面积电解质膜制备能力，电解质膜的电导率大于2.3mS/cm，厚度最低可达15μm。

● 电芯开发方面，蜂巢能源具备了制备20Ah全固态电芯的能力，能量密度大于380Wh/kg。

小结

固态电池作为能源领域的一项重要技术，正在逐步走向成熟和商业化。蜂巢能源作为该领域的积极参与者，正在为固态电池技术的发展做出重要贡献。随着技术不断进步、逐步克服挑战，相信固态电池将会成为未来能源革命的主角，为可持续发展贡献更大的力量。

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