寧德時代:全固態(tài)電池開始20Ah樣品試制

時間:2024-11-11

來源:OFweek鋰電網(wǎng)

導語:寧德時代正在快速的突破全固態(tài)電池研發(fā)難題。據(jù)《晚點Auto》11月6日報道,寧德時代的全固態(tài)電池研發(fā)在近期已進入20Ah樣品試制階段。一位知情人士稱,寧德時代目前的方案能將三元鋰電池的能量密度做到500 Wh/kg,比現(xiàn)有電池提升40%以上,但充電速度和循環(huán)壽命還未達預期。

  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(fā)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(tài)電池研發(fā)團隊,并且已經(jīng)建立10Ah級全固態(tài)電池驗證平臺。

  在半年的時間里,寧德時代不僅增加了研發(fā)投入,已將全固態(tài)電池研發(fā)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(jīng)進入了生產(chǎn)技術探索階段,開始向著量產(chǎn)的方向前進。

  從謹慎表態(tài)到首屈一指

  根據(jù)寧德時代董事長曾毓群此前的公開發(fā)言,寧德時代在全固態(tài)電池上已經(jīng)投入了7~8年的時間進行研究,據(jù)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(fā)體系聯(lián)席總裁,直接帶領寧德時代的硫化物全固態(tài)電池研發(fā)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(fā)言還是相當謹慎的。他曾表示:“如果豐田說今天能量產(chǎn)全固態(tài)電池,我是持懷疑態(tài)度的,目前全行業(yè)誰都不具備量產(chǎn)全固態(tài)電池的能力。至于到2027年能否量產(chǎn),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(yè)活動上分享全固態(tài)電池研發(fā)進展,包括研究水平、技術進展、量產(chǎn)時間、和同行對比等等。

  在3月的業(yè)績說明會上,曾毓群曾表態(tài)稱,全固態(tài)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(tài)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(tài)電池研發(fā)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(xiàn)全固態(tài)電池小批量生產(chǎn)。”

  在9月的行業(yè)大會上,曾毓群依舊稱寧德時代的全固態(tài)電池研發(fā)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(tài)到宣稱首屈一指,再到現(xiàn)在的進入20Ah樣品試制階段,寧德時代2027年實現(xiàn)全固態(tài)電池的小規(guī)模量產(chǎn)應該是比較靠譜的。

  三項固態(tài)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(tài)電池專利也新鮮“出爐”。

  11月5日,國家知識產(chǎn)權局公布了寧德時代三項固態(tài)電池專利,分別為“改性固態(tài)電解質及其制備方法、固態(tài)電池及用電裝置”、“固態(tài)電解質膜及其制備方法、固態(tài)電池、用電裝置”和“固態(tài)電池單體及其制造方法”。

  改性固態(tài)電解質及其制備方法、固態(tài)電池及用電裝置:該改性固態(tài)電解質的組分包括固態(tài)電解質基材以及分布在所述固態(tài)電解質基材中的相變增韌劑;且在所述改性固態(tài)電解質中,所述相變增韌劑主要分布在所述固態(tài)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(fā)生相變。

  固態(tài)電解質膜及其制備方法、固態(tài)電池、用電裝置:所述固態(tài)電解質膜包括固態(tài)電解質材料層以及分散在固態(tài)電解質材料層中的相變增韌劑和纖維材料,所述固態(tài)電解質材料層包括無機陶瓷固態(tài)電解質材料。上述固態(tài)電解質膜在固態(tài)電解質材料層通過相變增韌劑和纖維材料之間的協(xié)同作用,能夠有效提升固態(tài)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(tài)電池單體及其制造方法:固態(tài)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(qū)和加強區(qū),加強區(qū)的厚度大于封裝區(qū)的厚度,和/或,加強區(qū)的硬度大于封裝區(qū)的硬度。

  本申請中的固態(tài)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(wěn)定性。并且,封裝部上設有加強區(qū),加強區(qū)的厚度增大或者強度較高,能夠降低封裝部褶皺產(chǎn)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(chǎn)生褶皺的風險,提高了固態(tài)電池單體的密封性能。

  全固態(tài)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(tài)電池技術的主攻方向。這也與吳凱4月的公開表態(tài)一致。

  彼時,吳凱稱,固態(tài)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(tài)電解質是十全十美,硫化物路線進展較快,率先量產(chǎn)的可能性相對更大,但要解決固固界面、鋰金屬負極、固態(tài)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(fā)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(wěn)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(fā)了多功能復合粘結劑,幫助穩(wěn)定極片導電網(wǎng)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(huán)平均庫倫效率>99.9%。

  針對硫化物電解質的空氣穩(wěn)定性與成本問題,寧德時代開發(fā)表面疏水層可逆包覆技術,能讓電解質在-40℃露點的環(huán)境中保持穩(wěn)定,實現(xiàn)高空氣穩(wěn)定性電解質的制備。同時,寧德時代也在開發(fā)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(chǎn)成本。

  針對固態(tài)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(tài)電池的研發(fā)和量產(chǎn)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(xiàn)在已經(jīng)進入20Ah樣品試制階段的寧德時代,是否會在年內繼續(xù)披露進展到哪一步,令人期待。

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