寧德時代:全固態電池開始20Ah樣品試制
2024/11/12 11:00:11 標簽:中國傳動網
這是一個重大的進展與突破。
在4月28日的CIBF2024上,寧德時代首席科學家吳凱曾表示,寧德時代目前投入研發較多的技術路線是硫化物路線,組建了一支近千人的全固態電池研發團隊,并且已經建立10Ah級全固態電池驗證平臺。
在半年的時間里,寧德時代不僅增加了研發投入,已將全固態電池研發團隊擴充至超1000人,而且邁進了20Ah試制階段,標志著寧德時代已經進入了生產技術探索階段,開始向著量產的方向前進。
從謹慎表態到首屈一指
根據寧德時代董事長曾毓群此前的公開發言,寧德時代在全固態電池上已經投入了7~8年的時間進行研究,據此推算研究開始的時間為2016至2017年。晚點Auto的消息顯示,2016年寧德時代邀請了在美國橡樹嶺實驗室(是全球最頂尖的材料化學實驗室之一)工作10年的梁成都加入寧德時代擔任研發體系聯席總裁,直接帶領寧德時代的硫化物全固態電池研發項目組。
但是,這個團隊當時只有不到100人,且寧德時代對該團隊的定位是“搞清楚最前沿的實驗室和公司的技術進展,幫高層做技術決策”。甚至在去年,吳凱對外的發言還是相當謹慎的。他曾表示:“如果豐田說今天能量產全固態電池,我是持懷疑態度的,目前全行業誰都不具備量產全固態電池的能力。至于到2027年能否量產,作為技術人員,我也很難說得準確。”
直到今年,寧德時代頻頻在行業活動上分享全固態電池研發進展,包括研究水平、技術進展、量產時間、和同行對比等等。
在3月的業績說明會上,曾毓群曾表態稱,全固態電池距離商品化還很遠,但是寧德時代并非不重視這項技術,最近也加大了投入,希望未來在全固態電池領域也能做到首屈一指。
在4月的CIBF上,吳凱曾表示,如果用技術和制造成熟度作為評價體系(以1-9打分),寧德時代的全固態電池研發目前處于4分的水平,目標是到2027年達到7-8分的水平。
四個月后,寧德時代在回復投資者提問時表示,“2027年有望實現全固態電池小批量生產。”
在9月的行業大會上,曾毓群依舊稱寧德時代的全固態電池研發目前處于4分的水平,但卻
罕見高調表示,對比全世界的情況,寧德時代的研究應該算是“領先一大步”,或者用英文說“Second to none(首屈一指)”。
從謹慎表態到宣稱首屈一指,再到現在的進入20Ah樣品試制階段,寧德時代2027年實現全固態電池的小規模量產應該是比較靠譜的。
三項固態電池專利新鮮“出爐”
在傳出進入20Ah樣品試制階段的好消息的同時,寧德時代的三項固態電池專利也新鮮“出爐”。
11月5日,國家知識產權局公布了寧德時代三項固態電池專利,分別為“改性固態電解質及其制備方法、固態電池及用電裝置”、“固態電解質膜及其制備方法、固態電池、用電裝置”和“固態電池單體及其制造方法”。
改性固態電解質及其制備方法、固態電池及用電裝置:該改性固態電解質的組分包括固態電解質基材以及分布在所述固態電解質基材中的相變增韌劑;且在所述改性固態電解質中,所述相變增韌劑主要分布在所述固態電解質中的品界處;所述相變增韌劑能夠在外力的作用下發生相變。
固態電解質膜及其制備方法、固態電池、用電裝置:所述固態電解質膜包括固態電解質材料層以及分散在固態電解質材料層中的相變增韌劑和纖維材料,所述固態電解質材料層包括無機陶瓷固態電解質材料。上述固態電解質膜在固態電解質材料層通過相變增韌劑和纖維材料之間的協同作用,能夠有效提升固態電解質膜的力學性能,特別是斷裂韌性,進而減少斷裂導致的枝晶和短路等問題。
固態電池單體及其制造方法:固態電池單體包括電極組件以及封裝殼。封裝殼包括兩個封裝膜,電極組件設置于兩個封裝膜之間,兩個封裝膜連接并形成沿電極組件周向設置的封裝部,封裝部包括封裝區和加強區,加強區的厚度大于封裝區的厚度,和/或,加強區的硬度大于封裝區的硬度。
本申請中的固態電池單體及其制造方法,將封裝部沿電極組件的周向設置,與電極組件的外形匹配,提高了密封穩定性。并且,封裝部上設有加強區,加強區的厚度增大或者強度較高,能夠降低封裝部褶皺產生的風險。上述的結構,提高封裝效率的同時,還能夠降低封裝過程產生褶皺的風險,提高了固態電池單體的密封性能。
全固態電池技術的解題思路
從上述公開的專利來看,材料和制造工藝是寧德時代突破全固態電池技術的主攻方向。這也與吳凱4月的公開表態一致。
彼時,吳凱稱,固態電池主要的技術路線有三種,分別是硫化物、氧化物與聚合物。沒有一種固態電解質是十全十美,硫化物路線進展較快,率先量產的可能性相對更大,但要解決固固界面、鋰金屬負極、固態電解質和制造工藝四大問題。
針對固固界面硬接觸問題,寧德時代研發了單晶正極多層級全包覆技術,通過多層設計增強界面結構的穩定性,目前高面容三元正極克容量可達230mAh/g。同時,寧德時代還研發了多功能復合粘結劑,幫助穩定極片導電網絡。
針對鋰金屬負極所伴隨的枝晶和極化問題,寧德時代通過相變自填充技術和親鋰性界面層設計,抑制鋰枝晶的生長,誘導鋰金屬均勻沉積到表面,構筑界面離子傳輸“高速公路”,使鋰金屬負極循環平均庫倫效率>99.9%。
針對硫化物電解質的空氣穩定性與成本問題,寧德時代開發表面疏水層可逆包覆技術,能讓電解質在-40℃露點的環境中保持穩定,實現高空氣穩定性電解質的制備。同時,寧德時代也在開發新型合成路線和低含鋰量材料,相較于目前電解質每公斤5萬以上的價格,新的合成方案可以降低量產成本。
針對固態電極和電解質成膜工藝問題,寧德時代打通了干/濕法極片制備和電芯一體化成型工藝。
全固態電池的研發和量產是一項非常艱巨的工作,盡管寧德時代突破了不少難題,但仍有諸多問題需要攻關。而現在已經進入20Ah樣品試制階段的寧德時代,是否會在年內繼續披露進展到哪一步,令人期待。
供稿:OFweek鋰電網
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