蔚來(lái)NIO Day第四年,朋友圈被眾多媒體朋友搶發(fā),汽車(chē)人參考認(rèn)為有兩個(gè)信息是值得深挖的,一是150kWh的固態(tài)電池,二是Innovusion的激光雷達(dá)。
本文就對(duì)發(fā)布會(huì)提到的固態(tài)電池三大核心技術(shù),眾多的專(zhuān)業(yè)詞匯,進(jìn)行深度的拆分和解讀——
納米級(jí)包覆超高鎳正極
我們需要把這個(gè)詞拆開(kāi)來(lái)看,“超高鎳”指的是正極材料,提高鎳的含量,能提高正極材料的克容量,從而提高單體能量密度,這是行業(yè)主流路線(xiàn),“超高”汽車(chē)人參考認(rèn)為至少是三元811,甚至是9系。
需要指出的是,蔚來(lái)在100kWh電池包采用的是較安全的鎳55(Ni55)高電壓?jiǎn)尉Р牧希Y(jié)構(gòu)配合CTP。而“超高鎳”,蔚來(lái)汽車(chē)又選擇了另外一條路。
“納米級(jí)包覆”指的是工藝,超高鎳帶動(dòng)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,往往需要在材料表面包覆抗蝕層,防止釋氧,但包覆太厚又會(huì)影響鋰離子從正極材料的脫嵌,因此采用的是納米級(jí)的包覆,即把包覆做薄。
無(wú)機(jī)預(yù)鋰化硅碳負(fù)極
也需要把這個(gè)詞拆開(kāi)來(lái)看,“硅碳負(fù)極”指的是負(fù)極材料,石墨負(fù)極有較高的穩(wěn)定性,但石墨的能量密度比較低(理論克容量約372mAh/g);硅基材料具有很高的能量密度(理論克容量4200mAh/g),在負(fù)極加入硅后,能夠讓負(fù)極材料的理論克容量提升約10倍。
但加入硅后,需要解決兩種材料在充放電過(guò)程中體積膨脹不同,硅的體積膨脹為320%,而碳僅為12%,膨脹不同,結(jié)構(gòu)就會(huì)坍塌。
硅碳負(fù)極也是當(dāng)前行業(yè)的主流路線(xiàn),大多數(shù)電池企業(yè)的負(fù)極材料都早已經(jīng)開(kāi)始摻硅,并在逐漸提高硅的含量。
而寬度在10納米左右、長(zhǎng)度無(wú)限制的一維的硅納米線(xiàn)是當(dāng)前一種新的思路。
另外需要指出的是,負(fù)極采用硅碳體系,單體能量密度會(huì)有一個(gè)天花板,大概在300Wh/kg的水平,而要繼續(xù)實(shí)現(xiàn)能量密度的突破,采用金屬負(fù)極是其中一種可能,也就是鋰金屬電池,能量密度可以做到500-600Wh/kg的水平。
顯然,蔚來(lái)汽車(chē)目前也并沒(méi)有采用這種路線(xiàn)。
“預(yù)鋰化”指的是工藝,在電池化成時(shí),額外尋找一個(gè)鋰源,讓負(fù)極形成的SEI膜不消耗正極脫嵌的鋰離子(約有10%~35%的首次不可逆鋰損失),最終提高電池的容量,常見(jiàn)的預(yù)鋰化方式是在負(fù)極(金屬Li粉和Li箔)或者正極補(bǔ)鋰。
預(yù)鋰化業(yè)界也開(kāi)發(fā)了很多年,但是鋰很活躍,需要解決安全和高成本的問(wèn)題。
而蔚來(lái)汽車(chē)“無(wú)機(jī)預(yù)鋰化”,汽車(chē)人參考認(rèn)為應(yīng)該指的是將無(wú)機(jī)粉末添加到熔融鋰中形成混合物的方式。
原位固化固液電解質(zhì)
這個(gè)詞比較繞口,核心在“固液電解質(zhì)”,所謂原位固化,就是逐步把當(dāng)前的液態(tài)電解質(zhì)轉(zhuǎn)換為固體,而不是一步到位全固態(tài)的方法。
也就是蔚來(lái)汽車(chē)的固態(tài)電池,本質(zhì)上是同時(shí)含有固態(tài)電解質(zhì)和液態(tài)電解質(zhì)的鋰電池。
按照2022年底量產(chǎn)計(jì)劃,再結(jié)合國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)研發(fā)進(jìn)展,汽車(chē)人參考認(rèn)為,蔚來(lái)半固態(tài)電池,具體應(yīng)該是一端電極是全固態(tài),另一端電極是液態(tài),固態(tài)電解質(zhì)接近或超過(guò)一半質(zhì)量比/體積比。
而行業(yè)里面說(shuō)的固態(tài)電池,真正意義上指的是全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池。
目前有氧化物、硫化物、聚合物(有機(jī)物)三種技術(shù)路線(xiàn):
聚合物容易加工,最容易利用現(xiàn)有設(shè)備通過(guò)改造實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),但缺點(diǎn)是離子電導(dǎo)率最低,電化學(xué)穩(wěn)定性不好,容易短路,能量密度有局限。
氧化物的導(dǎo)電率高于聚合物,但機(jī)械性能堅(jiān)硬,與正極活性材料固-固接觸不好,目前國(guó)內(nèi)企業(yè)衛(wèi)藍(lán)、清陶、輝能都是走的這條路線(xiàn)。
硫化物接觸性好,離子電導(dǎo)率超過(guò)液態(tài)電解液,未來(lái)最可能的技術(shù)路線(xiàn)(日系居多),但是需要解決產(chǎn)品成本高和空氣穩(wěn)定性差的問(wèn)題。
全固態(tài)電池的定位,就是全方位取代當(dāng)前的液態(tài)鋰離子電池。但是各個(gè)材料都有局限性,還在開(kāi)發(fā)之中,距離真正的應(yīng)用,需要跨越“技術(shù)”和“量產(chǎn)”兩座大山。
小結(jié)
蔚來(lái)汽車(chē)的“固態(tài)電池”,包括了正極高鎳、負(fù)極硅碳、電解質(zhì)半固態(tài)三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),分別在材料和工藝兩個(gè)層面進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新。
本質(zhì)上沒(méi)有顛覆性技術(shù),更多的是,沿著行業(yè)公認(rèn)主流技術(shù)路線(xiàn)的推進(jìn)和落地,并不是真正意義上的固態(tài)電池。
在大家都在唱贊歌的時(shí)候,需要有媒體從中立的角度,去看待技術(shù)的本身,回到本文題目,要不要給蔚來(lái)固態(tài)電池潑一盆冷水,似乎也并不重要了。