超多干货!新能源的“蔚来”疾驰而至 固态电池凭什么这么能打?
原创
2021-01-10 19:59 星期日
科创板日报研究员 何律衡

《科创板日报》(上海,研究员 何律衡)讯,周六(9日)晚间,蔚来汽车举行NIO DAY发布会,预热已久的150kwh固态电池包终于现出“庐山真面目”,预计将于2022年第四季度正式推出,能量密度达到360wh/kg。

据介绍,在150kwh电池包下,2018年ES8续航能提升至730km,新款ES8能到850km,ES6和EC6超过900km,而当天同步推出的首款轿车ET7则有望在新电池包的加持下,续航里程突破里程碑意义的1000公里。

需要指出的是,当前国内乘用车市场最受欢迎的几款车型——特斯拉Model 3、比亚迪汉、以及小鹏P7,当前电池容量分别最高达到77 kWh、76.9 kWh、80.9 kWh,续航里程则最高分别达到668 km、605 km以及706 km(据工信部数据)。

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固态电池、超高续航……新款电池包结合时下最为前沿、热门的动力电池关键词,毫无疑问以成为蔚来汽车开年首个“秘密武器”,为其打响新年电动车市场争夺战的第一枪。

根据发布会介绍,新电池能够在性能上取得大突破,主要来源于三项工艺:“原位固化固液电解质”、“无机预锂化硅碳负极”、“纳米级包覆超高镍正极”,而其似乎与特斯拉在2020电池日提出的几大电池技术(干电极+硅碳负极+超高镍)异曲同工。

“原位固化固液电解质”:此固态电池非彼固态电池

首先是“原位固化固液电解质”工艺。需要注意的是,此次新电池所用的“固态电池”措辞,非彼固态电池,仍需使用电解液、隔膜,类似于准固态(半固态)电池,即采用聚合物基体PVDF、PEO等作固态电解质,但聚合物基体PVDF、PEO成膜后含有残留溶剂。

而新电池包创新在于原位聚合涂覆技术,即在基膜上进行的涂覆是由原味聚合反应实现,可以改善正负极界面接触,预计原位聚合涂覆用了LLZTO、LATP等陶瓷固态电解质成分,因此叫做固态电池。

回溯至特斯拉2020电池日,大手笔收购Maxwell后,外界均猜测特斯拉会推出干电极技术,即不需要涂抹湿浆,也就不需要使用溶剂,这样就可以加快电池制造速度,降低电池制造成本。在电池日当天,干电池技术也的确成为了马斯克重点推介的技术之一。

另据Maxwell此前介绍,干电池电极技术还可应用于固态电池体系。

“无机预锂化硅碳负极”:为解决痛点各出妙招

其次是“无机预锂化硅碳负极”工艺。其中,“硅碳负极”顾名思义是指由碳硅混合物组成的负极,目前特斯拉等电动车巨头搭载的部分锂电池,均已采用硅碳负极,但从市场格局来看,当前负极材料仍主要以石墨负极为主导。

石墨负极主要优点是结构稳定,循环性能很好,但是其容量已经达到了瓶颈阶段。而硅碳负极材料由于其较高的容量,有助于现在提高锂电池能量密度,是下一代负极的主要发展方向。当前的主要难点在于存在充放电过程中体积膨胀率较大、循环寿命不够、首充效率低(65%-85%)等缺点。

“无机预锂化”正是为解决碳硅负极这些痛点应运而生,其实质为弥补充放电过程中不可逆的锂损耗,提前对电极材料进行补锂,以提升首次充放电效率,并提高电池的总容量和能量密度。目前,常见的预锂化方式是负极补锂,如锂箔补锂、锂粉补锂(SLMP)等。

特斯拉同样为碳硅负极的技术改进有所动作,其在电池日前夕发布的注册页面背景图片即为一种新电池材料——硅纳米线的结构图,其发明者美国电池初创企业Amprius的核心技术点,正是在于使用硅纳米线制造电池负极,或能有效解决充放电过程中体积膨胀率较大的问题。

“纳米级包覆超高镍正极”:国内已有研究先例

最后是“纳米级包覆超高镍正极”工艺。超高镍已成为来提及频率最高的锂电池关键词之一,一般认为至少是三元811系、甚至是9系电池,而特斯拉对高镍的追求已众所周知,其供应商松下、LG化学已在超高镍研发上投入巨大。

此次蔚来新电池包的亮点即在于前缀“纳米级包覆”。资料显示,镍含量的提升会导致三元材料的热稳定性和循环性能下降,而表面包覆层能够很好的抑制电解液的分解和材料的表面相变,是提升高镍三元材料稳定性的有效方法。

同时,为了不影响锂离子从正极材料的脱嵌,表面包覆层不可做得太厚,纳米级的包覆的本质即是将包覆层做到纳米级别的薄度。需要指出的是,在“纳米级包覆”领域,蔚来并非“前无古人”。

据行业自媒体新能源Leader,就在去年5月,来自德方纳米的ZeqinZhong及其团队采用纳米磷酸铁锂对NCM811材料进行了包覆处理,很好地抑制了电解液/NCM的界面副反应,显著提升了NCM811材料的循环稳定性和热稳定性。

可以说,蔚来“固态电池包”确实结合了当前最为前沿的动力电池技术,但从其本质来说,却与电动车领头羊特斯拉在未来电池技术上的具体规划,不谋而合。从某种程度上来说,两大电动车巨头的共同选择,也代表了行业中长期内一种主流的技术方向。

在真正具有突破性的产品最终出世之前,哪家巨头将抢得先机,犹未可知。而蔚来汽车以150kWh固态电池先行一步,或将为其打开有利局面。

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