固态电池和半固态电池的区别,固态电池和液态电池区别

首页 > 数码 > 作者:YD1662023-03-16 14:15:42

来源:卫蓝新能源交流会

产品:卫蓝新能源已经开发了150Wh/kg的针对大规模储能的本质安全的固液混合储能电池、270Wh/kg针对无人机的高比能混合固液电池、300Wh/kg混合固液的动力电池。22年推出350wh/kg以上的半固态电池产品,24~25年会推出400wh-500wh的产品。

图:卫蓝新能源电池开发技术路线

固态电池和半固态电池的区别,固态电池和液态电池区别(13)

来源:卫蓝新能源交流会

成本:电解质300元/公斤,氧化物电解质厚度10um左右,如果能实现10GWh产能,制造成本可以和液态电池持平。

上下游布局:

1)公司目前专注电芯制造:不涉及上下游材料产业链。pack需交给第三方厂商完成(例如蔚来ET7配套的半固态电池由国轩进行pack)

2)产业链合作:

21年11月,恩捷、北京卫蓝、天目先导携手共建固态电解质涂层隔膜项目,总投资13亿元。

22年4月,与容百科技签订协议,计划在全/半固态电池和材料领域展开全面深度合作的同时,还与容百科技约定三年购入不低于3万吨的固态锂电正极材料订单。

22年8月,与天齐锂业共同投资成立天齐卫蓝固锂新材料,经营范围包括电池回收及梯次利用、电子专用材料销售研发、资源再生利用技术研发等。

产品:NIO 150KWh电池包:蔚来汽车在1月9日的2020蔚来日(NIO Day 2020)发布会上,发布了由卫蓝新能源研制的150KWh半固态电池包,并宣称其能量密度可达360Wh/kg,搭载该电池包的ET7车型可实现1000km 的续航。卫蓝新能源创始人曾于22年3月表示,该款电池包预计于22年末或23年上半年量产。该款半固态电池包的核心创新点为采用原位固化(in-situ solidification)技术,通过在电池内部加入液态电解液,进行加热后,一部分和极片接触紧密的电解液转化为固态电解质,和隔膜构成“正极/固态电解质/隔膜/固态电解质/负极”的结构。原位固化技术使得固态电解质能和正负极颗粒紧密结合,改善正负极界面性能。隔膜仍是该电池的关键材料,且电解液用量不变。为提升能量密度,该款电池还采用纳米包覆高镍正极,以及无机预锂化技术的硅碳负极。倍率性能方面,该款电池可以实现3C的连续放电,最大放电倍率可达到7C。

评价:NIO 150KWh电池包仍属于半固态电池的范畴,仍需使用电解液和隔膜。其核心创新点为原位固化技术形成的固态电解质,相比初级半固态电池改善了界面层接触性能和热稳定性、安全性。但成本相较液态电池应有显著增加,且不具备高技术壁垒(头部电池企业基本已掌握纳米包覆高镍正极及无机预锂化等技术)。

5.1.2. 赣锋锂业

研发主体:赣锋锂业的固态电池研发主要通过下属子公司——江西赣锋锂电有限公司进行。

技术路线:

1)半固态电池:目前已完成两代的产品开发。采用氧化物电解质,一代产品能量密度235-280Wh/kg,能量密度提升不显著,但安全性增加;二代产品采用高镍三元正极 含金属锂负极的材料,能量密度达400Wh/kg,循环次数400 (纪要数据600 );此外能量密度超过420Wh/kg的金属锂负极固态电芯已在特殊领域应用。

2)全固态电池:采用硫化物体系,技术尚不成熟,预计5-6年后量产。

*公司21年报提到正进行”高安全长寿命LFP-Li固态电池开发“,可能也在探索铁锂 固态电解质的方案?但并未查到其他公开资料。

专利储备:公司在固态电池及相关材料领域已布局国内专利150余项,国际专利5项,获授权专利近80项,在国内固态电池排名前列。

产业化情况:一代半固态电池已经量产(搭载东风E70车型);二代技术已经成熟,2021年一季度完成B样开发,2022年一季度完成C样开发,预计2023年一季度完成SOP阶段。

产能:

多个基地布局固态电池产线

1)第一代半固态电池中试线产能0.3GWh。

2)重庆两江新区基地:21公司年报披露在重庆建设年产10GWh锂电池产业园和先进电池研究院项目(研究院针对固态电池),22年7月该基地开工建设;22年8月公司公告披露该项目产能扩大至20GWh,预计24年内投产,项目产品包括第二代固态电池、磷酸铁锂电池等。

3)江西基地:一期规划产能5GWh,22年1月投产,22年8月公司公告披露该项目产能扩大至10GWh,其中新增5GWh 年产能包括新型锂电池项目和高比能固液混合锂动力电池研发产业化项目,预计23年内投产。

4)东莞基地:公司23年1月公告称将在东莞市投资建设年产 10GWh新型锂电池及储能总部项目,项目建设内容包括磷酸铁锂、半固态电芯、轻型动力电池、户外便携储能电源、户用储能、工商业储能系统等研发基地及生产线。

5)重庆涪陵高新区基地:公司23年1月公告称,将于重庆涪陵建设年产 24GWh动力电池项目,产品规划包括磷酸铁锂电池、三元锂电和固态电池、BMS电源管理系统开发、电池研发及测试中心等

22年规划产能:2GWh, 用于第一代固态电池产品 (22年5月公司在投资者调研中表示,预计规划的2GWh第一代固态电池产能在22年逐步释放)

成本:材料成本比液态电池减少,因为电解液用量减少 增加的材料价格便宜;制造成本短期较高,长期上规模后可能下来,但不确定。

上下游布局:目标是覆盖整个电池产业链,实现正负极、电解质的自产。公司2021年扩产7000吨金属锂及锂材料项目,包括金属锂冶炼、锂系列合金、固态锂电池负极材料等生产线。同时年报披露在建宜春赣锋年产1000 吨固态电池负极材料项目,产业链布局使得公司内部可以形成很好的固态电池技术的生态链。

合作客户:主要是东风汽车。二者从2018年开始共同开发半固态电池,2022年1月首批搭载半固态电池的50辆东风E70车型实现交付,将作为示范运营车辆开展运营。

战略合作:

1)与东风汽车:2021年7月,赣锋锂电就与东风公司技术中心签约,双方就固态电池示范运营合作进行洽谈,并签订固态电池E70车型示范推广协议。

2)与广汽埃安:2022 年 8 月,公司与广汽埃安签署战略合作协议,广汽埃安承诺支持公司在新型电池领域(如

固态电池)的开发工作。

图:赣锋锂业固态电池开发历史

固态电池和半固态电池的区别,固态电池和液态电池区别(14)

来源:锂电产业通

产品:东风E70固态电池系统,续航里程500km 。模组采用铝合金框架 上下高精度拼缝激光焊接技术,减少冗余结构设计,提升整体成组率至86%以上,领先于软包模组行业平均水平。

图:东风E70固态电池模组

固态电池和半固态电池的区别,固态电池和液态电池区别(15)

来源:锂电产业通

5.1.3. 孚能科技

技术路线:

1)半固态电池:第一代产品:引入半固态凝胶电解质,显著降低针刺过程电池温度,可通过100%SOC刺穿测试。此外循环寿命显著提升(常温循环可达2000次,容量保持率85%以上,同等条件下普通液态电池循环1200次,容量保持率只在80%左右)。第二代产品:将对固态电解质材料和电解质膜进行优化,优化的电解质膜成膜性好,200℃无明显的热收缩,遇火只冒烟不起火,能通过电芯针刺实验,同时电池能量密度、高低温、倍率性能、循环寿命等性能不受影响。公司还计划推出第三代半固态电池产品,但具体性能未透露。

2)全固态电池:采用硫化物电解质,公司未公布具体进度。

第一代产品性能:能量密度330Wh/Kg,高镍电池达到了NO TP的安全目标,使电池产品同时实现了高安全、高能量密度、快速充电和长循环;产品充电时间由之前的42min缩短到18min(充70%电量),产品的功率特性与循环寿命(>3000次)表现优异。

产品应用:22年9月孚能科技正式推出全新动力电池解决方案——SPS(SuperPouch Solution),包括半固态电解质的大软包电芯产品,与搭载4680 圆柱电池的车型相比,电池包体积利用率高出 12%,拥有 3 倍循环寿命,还具备 10 分钟补能 400km 的快充能力。

产业化情况:公司第一代半固态电池22年1月已送样客户,获得了良好反馈,22年9月已量产装车,第二代半固态技术进入产业化开发阶段。此外,装备该公司产品的奔驰EQS在欧洲市场也开始接受订单。公司镇江一期产线稍加调整后即可适用于生产未来330Wh/Kg产品。未来公司建设类似285Wh/Kg产线,从产能爬坡开始到目标值至少缩短30%以上时间。

5.1.4. 国轩高科

技术路线:

1)半固态电池:22年5月发布首款半固态电池产品,尺寸为580mm*120mm*9mm,重量为1341g,容量为136Ah,单体能量密度达360Wh/kg。同时,400Wh/Kg的三元半固态电池目前在公司实验室已有原型样品。

2)全固态电池:公司未来还将通过技术创新落地硅基负极迭代,锂金属负极和预锂技术,加速液态电池向半固态过渡,最终实现全固态。目前公司尚未研发出全固态电池产品,预计2025年后将生产出能量密度超过800Wh/L、超过400Wh/kg、循环800次的全固态电池。

产业化情况:据公司公告,公司360Wh/kg高比能半固态电池通过新国标安全测试,已经进入产业化阶段,首批电池已获得某高端新能源汽车企业的量产定点,配套车型的电池包电量达160KWh,续航里程超过1000km。产品22年底实现装车,预计23年批量交付。

5.1.5. 宁德时代

技术路线:以硫化物为主,对于硫化物体系的开发,宁德时代给出的主要策略包括:改善正极和固态电解质的界面相容性、开发混合工艺、硫化物的掺杂改性、开展全固态电池制造工艺(如均匀涂覆、热压)等等。

专利储备:公司研发固态电池多年,自2013年起已有相关专利储备。

表:宁德时代固态电池相关专利

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