上个周,有幸现场去参加了蜂巢的电池日。这次电池日主要从电池安全、技术路线和企业愿景等方面出发,把蜂巢这家新兴的电池企业对于锂电池技术的一些可能性梳理出来,给我们展现了一些不一样的东西。

 

01、果冻电池

今年电池在应用安全方面遇到了很大的挑战,海外成熟的电池企业和车企都经历了大规模的召回,如 SDI 在 BMW 和福特 PHEV 电池,LG Chem 在通用和现代的 BEV 电池。因此对于一个电池企业来说,长期的发展是需要围绕全生命周期的电池安全来做的,今年几乎所有电池企业的研发重点是热失控解决方案,在这里蜂巢取了一个叫冷蜂的名字,从 4 层控制热蔓延,材料、电芯、电池包和监控系统。而在“冷蜂”热失控系统解决方案中,基于无钴正极材料和电解液材料设计的果冻电池尤其值得一提。

 

蜂巢特别会取名字,这次给这款基于凝胶电解液的试制电池取了一个生动的名字叫“果冻电池”。据介绍,果冻电池有高电导、自愈合、阻燃等特点,能在几乎不降低电性能的同时阻止热扩散。

 

官方称,“果冻电池”的耐热温度提高至 150°C,同时具备“自愈合”特性(简单理解,聚合物电解质即使用小刀划开,之后也能慢慢愈合,不留伤痕),并且在实验室样品满电针刺测试中,果冻电池可实现 “不起火、不冒烟、自愈合”。

 

图 1 果冻电池

 

电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。 在电池的四大主材里面,电解液的使用必须配合正负极材料使用的,在 2020 年的关键词高电压正极材料和长寿命电池两个方向上面,电池企业都需要搭配使用合适的电解液。蜂巢这次提出的果冻电池,主要是基于凝胶型电解液,它可以与电极表面更好的贴合,从而使得导电性能更好,目前这种材料的电导率可以达到 6×10-3 S/cm。这也是目前叠片的电芯技术演进中一种主要的技术。

 

图 2 不同电解液的搭配

 

在锂离子电池中,电解液属于小成本大功效的组分,从多个维度影响电池的性能发挥。从目前来看,大家花大力气调整正负极材料,调整隔膜,但是电解液层面对于锂离子的性能特性影响非常多。选择在这个方向上调整,有一定的杠杆效应,能够让电池的安全特性和其他性能有差异。

 

图 3 电解液的成本和对电池性能的影响

 

电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料,在一定条件下、按一定比例配制而成的,如下图所示。

 

图 4 电解液的组成

 

这种果冻电解质相比液态的电解液安全性提高了很多,从针刺试验的评价来看,试制的产品在高温下呈现很好的阻燃性能,用针刺实验来做评估,也比较容易实现 L0 不起火的结果。把这种电解质导入现有的产品体系,会明显增加电芯的安全性。蜂巢展示了应用了果冻电池技术的 90Ah 方形电池能有效地阻止热扩散,将大大提高电动车的安全性。

 

采用这种材料只要付出一点点的代价,从综合特性来看这种果冻电池,内阻要比液态电解质的三元锂电池要大上 5%,充放电倍率会根据钴的含量在±2%之间波动,循环寿命也会牺牲 5%。相对于安全性能的大大提高,性能的小小牺牲还是非常值得的。

 

图 6 果冻电池的样品实验

 

小结:从电池日当天传递的信息来看,蜂巢能源的下一代技术布局中也有全固态电池。从液态电解质到全固态电池的发展,需要经历一个过程:电解质中的电解液含量逐渐降低,从开始的凝胶电解质体系向半固态发展,最终过渡到全固态电池。果冻电池的推出,不仅在材料方面加固了电池安全的城池,同时也意味着蜂巢能源在全固态电池的发展进程中迈出了一大步。