本质上没有颠覆性技术,更多的是,沿着行业公认主流技术路线的推进和落地,并不是真正意义上的固态电池。

蔚来汽车150kWh的固态电池是什么?

蔚来NIO Day第四年,朋友圈被众多媒体朋友抢发,汽车人参考认为有两个信息是值得深挖的,一是150kWh的固态电池,二是Innovusion的激光雷达。

本文就对发布会提到的固态电池三大核心技术,众多的专业词汇,进行深度的拆分和解读——

纳米级包覆超高镍正极

我们需要把这个词拆开来看,“超高镍”指的是正极材料,提高镍的含量,能提高正极材料的克容量,从而提高单体能量密度,这是行业主流路线,“超高”汽车人参考认为至少是三元811,甚至是9系。

需要指出的是,蔚来在100kWh电池包采用的是较安全的镍55(Ni55)高电压单晶材料,结构配合CTP。而“超高镍”,蔚来汽车又选择了另外一条路。

“纳米级包覆”指的是工艺,超高镍带动结构不稳定,往往需要在材料表面包覆抗蚀层,防止释氧,但包覆太厚又会影响锂离子从正极材料的脱嵌,因此采用的是纳米级的包覆,即把包覆做薄。

无机预锂化硅碳负极

也需要把这个词拆开来看,“硅碳负极”指的是负极材料,石墨负极有较高的稳定性,但石墨的能量密度比较低(理论克容量约372mAh/g);硅基材料具有很高的能量密度(理论克容量4200mAh/g),在负极加入硅后,能够让负极材料的理论克容量提升约10倍。

但加入硅后,需要解决两种材料在充放电过程中体积膨胀不同,硅的体积膨胀为320%,而碳仅为12%,膨胀不同,结构就会坍塌。

硅碳负极也是当前行业的主流路线,大多数电池企业的负极材料都早已经开始掺硅,并在逐渐提高硅的含量。

蔚来汽车150kWh的固态电池是什么?并不是真正意义上的技术

而宽度在10纳米左右、长度无限制的一维的硅纳米线是当前一种新的思路。

另外需要指出的是,负极采用硅碳体系,单体能量密度会有一个天花板,大概在300Wh/kg的水平,而要继续实现能量密度的突破,采用金属负极是其中一种可能,也就是锂金属电池,能量密度可以做到500-600Wh/kg的水平。

显然,蔚来汽车目前也并没有采用这种路线。

“预锂化”指的是工艺,在电池化成时,额外寻找一个锂源,让负极形成的SEI膜不消耗正极脱嵌的锂离子(约有10%~35%的首次不可逆锂损失),最终提高电池的容量,常见的预锂化方式是在负极(金属Li粉和Li箔)或者正极补锂。

预锂化业界也开发了很多年,但是锂很活跃,需要解决安全和高成本的问题。

而蔚来汽车“无机预锂化”,汽车人参考认为应该指的是将无机粉末添加到熔融锂中形成混合物的方式。

原位固化固液电解质

这个词比较绕口,核心在“固液电解质”,所谓原位固化,就是逐步把当前的液态电解质转换为固体,而不是一步到位全固态的方法。

也就是蔚来汽车的固态电池,本质上是同时含有固态电解质和液态电解质的锂电池。

按照2022年底量产计划,再结合国内相关企业研发进展,汽车人参考认为,蔚来半固态电池,具体应该是一端电极是全固态,另一端电极是液态,固态电解质接近或超过一半质量比/体积比。

而行业里面说的固态电池,真正意义上指的是全固态电解质锂电池。

蔚来汽车150kWh的固态电池是什么?并不是真正意义上的技术

目前有氧化物、硫化物、聚合物(有机物)三种技术路线:

聚合物容易加工,最容易利用现有设备通过改造实现量产,但缺点是离子电导率最低,电化学稳定性不好,容易短路,能量密度有局限。

氧化物的导电率高于聚合物,但机械性能坚硬,与正极活性材料固-固接触不好,目前国内企业卫蓝、清陶、辉能都是走的这条路线。

硫化物接触性好,离子电导率超过液态电解液,未来最可能的技术路线(日系居多),但是需要解决产品成本高和空气稳定性差的问题。

全固态电池的定位,就是全方位取代当前的液态锂离子电池。但是各个材料都有局限性,还在开发之中,距离真正的应用,需要跨越“技术”和“量产”两座大山。

小结

蔚来汽车的“固态电池”,包括了正极高镍、负极硅碳、电解质半固态三个关键点,分别在材料和工艺两个层面进行了技术创新。

本质上没有颠覆性技术,更多的是,沿着行业公认主流技术路线的推进和落地,并不是真正意义上的固态电池。

在大家都在唱赞歌的时候,需要有媒体从中立的角度,去看待技术的本身,回到本文题目,要不要给蔚来固态电池泼一盆冷水,似乎也并不重要了。

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