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沧州中孚的固态电池“答卷”:萨拉弗膜兼顾安全与性能

05/22 10:45
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锂电池产业正处于新旧技术迭代的关键时期,而高能量密度与高安全性的兼顾,始终是驱动行业发展的核心逻辑。

长期以来,能量密度被视作电池技术创新的首要驱动力,然而,高能量密度电池体系伴生的安全风险,则成为决定其商业化成败的瓶颈。

今年4月,中国动力电池新国标正式发布,对电池提出了“绝对安全“的强制性标准。工信部亦在其《2025年汽车标准化工作要点》中明确要求加快固态电池等标准的研制。

这些政策导向均凸显了安全性的核心地位,表明在追求更高能量密度的同时确保高安全是固态电池规模化应用的先决条件。高安全标准,显然正成为驱动电池技术革新的关键因素。

与此同时,电池固态化在提升能量密度与安全性上的双重潜力,正推动其应用从特定领域向广阔的泛能源生态系统延伸。

当前,全固态电池仍在努力攻克核心技术和成本难题,而半固态和准固态电池已悄然在消费电子、高端新能源汽车、eVTOL飞行器以及储能等细分市场崭露头角,其市场定位的逐步清晰亦在加速固态电池的产业化进程。

电池固态化的产业路径当前主要存在两种技术方向:一是固态电解质材料自身独立成膜的“无基膜”方案;二是将固态电解质复合于基膜、极片或支撑骨架之上。

中国科学院物理研究所研究员李泓在近期行业会议上指出,当前主流固态电池生产工艺仍难以完全脱离基材支撑,纯粹的自支撑方案在生产稳定性和应用可靠性层面均面临挑战。

此判断意味着,基于基材的固态电解质膜路线,在现阶段或许更贴近产业化实际,有望在兼顾性能与可制造性的前提下,为固态电池的商业化落地提供一条更可靠路径。

综合以上背景,沧州中孚新能源科技有限公司研发的萨拉弗凝胶电解质膜独辟蹊径。

该膜通过材料和结构的协同创新,旨在实现电池的原位固态化,从而在提升安全性的同时,兼顾高能量密度,为现有液态电池体系提供一种直接且有效的升级路径。

尤为值得关注的是,萨拉弗膜的应用场景广泛,适应电池技术的持续迭代需求:不仅可用于增强现有液态三元电池的安全性,更能为下一代锂金属等高能量密度电池体系(目标能量密度≥500Wh/kg)的开发提供战略性支持。

技术引擎:萨拉弗膜的材料革新与性能确证

中孚新能源指出,萨拉弗膜的成功,关键在于其对凝胶电解质隔膜材料的深度创新以及对孔道结构的精准调控,这两者的有机结合共同构筑了产品的核心技术壁垒。

在材料层面,中孚新能源的技术重心体现为多种聚合物成分的巧妙共聚。通过特定的化学设计,如运用共价键合或引入阴离子捕获剂等手段,形成稳定的结构,将液态电解质稳固地“锚定”在其间,最终实现高度的凝胶化。

凝胶电解质兼具了高分子材料的柔韧性、机械强度与传统液态电解质较高的离子传导特性。

在结构层面上,其多级嵌套式孔结构的设计,接近于液态的离子传导,且具有阳离子选择性,使锂(钠)离子迁移数接近理论值。

最终成型的凝胶电解质,可展现出5V以上的稳定电化学窗口,使其能够适配包括4.7V高电压正极在内的多种材料。

此外,萨拉弗中凝胶化的化学作用及结构特性也确保了其在高低温缓解中的稳定性,尤其是在低温环境中,相应电池性能明显优于传统的液态电池。

为了提升机械性能,中孚新能源开发了一种特殊成膜工艺,在膜材内部引入其称为“Pillar效应”的微观结构。

此类结构旨在显著增强膜的力学性能,使隔膜在受力时应力耐受性与应变延展性同步提升。最终不仅改善了隔膜的加工性和耐用性,也为受力状态下离子导电稳定性创造了条件。

更进一步,其均匀规整的孔道结构以及可调控的界面特性,使得萨拉弗膜在与金属锂负极匹配时也表现出明显优势,能够支持锂金属电池的长期稳定循环。

上述系统性创新在保障优异的电化学性能的前提下,最终体现为萨拉弗膜的综合性能。

首先是安全性方面,材料原生阻燃性、高延展性及化学稳定性构筑了第一道防线。

测试数据显示,萨拉弗膜在180℃高温处理1小时后,热收缩率仍能控制在3%以内。将其应用于准固态电池,在弯折、对折、1-5mm钢针穿刺及剪切等滥用条件下,据称仍能维持安全供电。

特别是在高镍9系三元电池的穿刺实验中,针刺后未见明火或电解液喷溅,电芯温升极微,电压稳定。175 ºC热箱测试中,其热失控触发温度升至175℃,远超国标对三元电池的130 ºC要求。

高能量密度适配性上,萨拉弗膜采用非对称界面设计,旨在优化与高比容量正负极材料的界面兼容性,为开发≥500Wh/kg的先进电池体系提供材料支撑。

循环与倍率性能方面,以磷酸铁锂体系为例,萨拉弗膜的离子电导率较传统PE隔膜提升1.16-1.5倍,循环稳定性可媲美成熟商用液态电池。

三元电池体系中,常温3C循环1000次后,容量保持率>80%;铁锂电池体系中,2C循环1400次后,容量保持率仍高达92%。

综上可以看出,中孚新能源的技术壁垒与核心优势主要体现在以下三大维度:

一是材料体系的复合调控与协同创新:其技术实力并非源于单一环节的突破,而是建立在对凝胶电解质材料的深度理解与持续创新,以及对多孔隔膜微观结构的精密调控能力之上。更为关键的是,公司展现了将这两大核心技术进行高效协同与系统集成的能力。

二是全产业链的自主覆盖能力:从上游核心原材料的筛选与改性,到中游高性能凝胶电解质膜产品的规模化生产工艺开发,最终到下游特定应用的验证与适配,中孚新能源形成了较为完整的技术闭环。

三是技术的平台化特性与应用延展性:萨拉弗膜不仅可以赋能并提升现有液态电池体系(尤其是三元电池)的安全性和循环性能,更能为下一代高能电池体系(如锂金属电池,锂燃料电池等)的开发提供关键材料支撑,展现出对多样化正负极材料体系的广泛兼容性。

这种技术布局也进一步体现出战略意义,能够支持公司在不同技术路线和应用场景中进行布局,催生跨领域的协同效应,从而为构建多元化的营收结构和开辟新的业绩增长点奠定坚实基础。

据了解,中孚新能源的技术起源于知名高校新能源材料团队的长期研发合作,双方联手攻关,在材料、结构、工艺、电化学等全部技术环节取得了丰富的创新成果与技术积累。目前,双方的联合科研团队持续开展全方位的深度合作,为将来的技术发展提供持续不断的源头动力。

市场蓝图:萨拉弗膜的产业化进程与竞争优势

萨拉弗膜的产业竞争力不仅在于其技术创新的先进性,更体现在其对市场需求的精准洞察、对工艺路线优化的持续探索以及积极构建的产业链协同能力——该膜产品已实现了与传统液态电池产线的“零改造”对接,及与传统液态电池工艺的“100%兼容”,这为其快速切入市场奠定了重要基础。

在核心工艺路线方面,萨拉弗膜的制造依托于一种高精度3D一体化连续成膜技术,能更好地保证电解质的均匀分布和界面的稳定性。

此外,相关产线设计具备定制化调节能力,可通过调整孔径、厚度等关键参数,在同一产线上满足不同客户及电池产品的差异化需求,在一定程度上能够避免电池产线重复投资、优化资本配置效率。

同时,萨拉弗膜在成本控制方面也展现出多重优势。

其一,无需额外的隔膜涂层。传统湿法隔膜通常需要涂覆氧化铝或芳纶等材料以提升热稳定性,而萨拉弗凝胶聚合物膜本身即具备优良的阻燃性和高机械强度,理论上可省去这部分涂层材料及生产成本。

其二,有望降低电解液用量。凝胶电解质通过高分子网络的键合作用来原位固化电解液,相比纯液态体系可减少自由态电解液的用量,从而降低电解液成本及潜在的气化和泄漏风险。

其三,通用性较强。中孚新能源的萨拉弗膜设计上可适配锂金属负极、硅碳负极、富锂锰基正极等多种高能量密度电极体系,这有助于减少针对不同电池体系分别开发专用隔膜的研发投入和生产换型成本。

具备了上述工艺特点和成本潜力的萨拉弗膜,其市场接受度正逐步得到验证。

据了解,萨拉弗膜已经成功通过了行业头部企业的1000次循环寿命基准测试,并在零下40摄氏度至60摄氏度的宽温区内完成了关键性能指标的验证。

与之相对应的是产能规划上的进展,中孚新能源已计划于2025年内实现年产1亿平方米萨拉弗膜的生产能力,对应约6GWh电池生产的配套需求。公司预计,2025年年底可实现部分规格产品的出货。

展望至2026年,公司计划将年产能大幅提升至15亿平方米,以充分应对未来市场的快速增长和核心客户的批量需求。

为进一步提升竞争力,公司将定制化服务置于核心地位,针对不同客户对电池性能、应用场景的独特需求,提供精细化的解决方案。

对于未来应用场景的拓展,公司亦有明确的时间规划:预计在2024至2026年间,萨拉弗膜将主要聚焦于3C电子产品、动力电池以及120C超级电容器等领域;进入2027至2028年,则计划战略性地向需求体量更为广阔的大规模储能市场渗透。

结语:

随着全球固态电池技术日益临近大规模产业化,材料创新与工艺适配之间的紧密双向协同,已成为决定企业最终能否在激烈市场竞争中脱颖而出的核心要素。

中孚新能源显然正致力于通过整合其在材料技术、产品工程化能力以及生产工艺方面的协同创新,来构建和巩固其可持续的长期竞争优势。

综上来看,面对锂电产业高安全与高能量密度的双重挑战,中孚新能源凭借萨拉弗膜在固态电解质与隔膜技术上的协同创新,展现了其独特的解题路径,力图在新旧电池技术迭代中占据关键生态位。

其后续能否高效地将此技术优势转化为市场竞争力,有效平衡生产成本与规模化,并最终获得产业链的广泛认可,将是决定其产业地位及未来价值的核心所在。

声明:本文章属高工锂电原创(微信号:weixin-gg-lb),转载请注明出处。商业转载请联系(微信号:zhaochong1213)获得授权。

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