“材料安全不代表電芯安全；電芯安全不代表系統(tǒng)安全，整個(gè)系統(tǒng)在A場(chǎng)景里面安全不代表同樣在B場(chǎng)景也安全?！卑不彰司S新能源科技有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人周莉莎在2024年中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)之動(dòng)力電池分論壇上表示。

作為一家鋰金屬電池企業(yè)，深知電池安全需要場(chǎng)景、標(biāo)準(zhǔn)和可靠性等多維度保障，而應(yīng)用安全是高比能鋰金屬電池商業(yè)化的一個(gè)最基本的門(mén)檻。所以在鋰金屬電池商業(yè)化進(jìn)程中，應(yīng)用安全、能量密度、可制造性甚至循環(huán)等綜合性能又該如何協(xié)調(diào)滿足。周莉莎在本次論壇上給出了相關(guān)思考。

安徽盟維新能源科技有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人、CEO 周莉莎

下文為其演講轉(zhuǎn)化，存在部分刪減與優(yōu)化，供讀者參考。

交通電動(dòng)化的時(shí)代，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)不僅在水面、地面，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到低空甚至平流層、商業(yè)航天的領(lǐng)域。這兩年在電動(dòng)飛行汽車、電動(dòng)通航飛機(jī)開(kāi)始逐漸進(jìn)入大家的視野。更高能、更安全、更具經(jīng)濟(jì)性的訴求也驅(qū)動(dòng)電池技術(shù)不斷去進(jìn)步，尤其在2023年10月《綠色航空發(fā)展綱要》里明確提出把400Wh/kg級(jí)的電池投入量產(chǎn)，500Wh/kg級(jí)的電池明確列為關(guān)鍵技術(shù)方向。

面向未來(lái)實(shí)現(xiàn)400Wh/kg、500Wh/kg的突破，我們認(rèn)為從電池的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新發(fā)展到材料體系的創(chuàng)新是一個(gè)必然的趨勢(shì)。回到材料創(chuàng)新里面，從高比能的技術(shù)路線來(lái)看，電芯體系主要看正極、負(fù)極、電解液三個(gè)主材，目前最成熟的正極一定是三元，整個(gè)迭代方向在往高鎳、超高鎳或者富鋰錳的方向發(fā)展。負(fù)極現(xiàn)在普遍鋰離子使用最成熟的還是石墨體系，這兩年隨著技術(shù)的發(fā)展，行業(yè)各個(gè)頭部企業(yè)也開(kāi)始逐漸采用了一些添加3%—5%的硅碳體系。從未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)上，負(fù)極方向勢(shì)必從石墨到硅碳再往鋰金屬方向發(fā)展，鋰金屬電池體系可以說(shuō)是高比能電池技術(shù)路線的終極解決方案。

回到基于鋰負(fù)極的體系，盟維目前在產(chǎn)品級(jí)的方案使用了正極搭載三元，適配新型電解液，同時(shí)也在DRE創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室同步嘗試在這個(gè)體系中搭配各種新興材料，包括正極的富鋰錳基，包括固態(tài)電解質(zhì)。

鋰金屬電池作為顛覆性的技術(shù)，怎么真正落地去實(shí)現(xiàn)它的商業(yè)化？我們認(rèn)為其實(shí)要回到整個(gè)市場(chǎng)需求的本質(zhì)問(wèn)題上來(lái)。什么樣的鋰金屬電池是這個(gè)市場(chǎng)愿意使用和接受的，并且愿意為之付費(fèi)買(mǎi)單的產(chǎn)品，這是我們一直思考的問(wèn)題。可以說(shuō)，我們講技術(shù)創(chuàng)新，我們講工程創(chuàng)新，都是為了去提升電池的性能指標(biāo)，它是一種策略方式和手段。回到市場(chǎng)本質(zhì)的需求，我想對(duì)于我們聽(tīng)到的聲音就是，滿足應(yīng)用市場(chǎng)場(chǎng)景需要的綜合性能指標(biāo)，可以說(shuō)是鋰金屬電池真正商業(yè)化的一個(gè)核心關(guān)鍵，在這方面簡(jiǎn)單談幾點(diǎn)，包括有能量密度的問(wèn)題，應(yīng)用安全的問(wèn)題，可制造性甚至循環(huán)等綜合性能。

能量密度勢(shì)必是鋰金屬電池的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用安全又是鋰金屬電池商業(yè)化的基本門(mén)檻，可制造性幫助批量生產(chǎn)驗(yàn)證出真正的鋰金屬產(chǎn)品在市場(chǎng)當(dāng)中去驗(yàn)證的基本保障。再進(jìn)一步提升循環(huán)，可以更多涉及成本經(jīng)濟(jì)性和場(chǎng)景拓展各方面的問(wèn)題。

應(yīng)用安全可以說(shuō)是高比能鋰金屬電池商業(yè)化的一個(gè)最基本的門(mén)檻。什么安全視為安全？鋰金屬電池的應(yīng)用安全性會(huì)涉及到三方面的問(wèn)題要回答：場(chǎng)景、標(biāo)準(zhǔn)和可靠性。所謂安全一定要落地到場(chǎng)景當(dāng)中談安全，材料安全不代表電芯安全；電芯安全不代表系統(tǒng)安全，整個(gè)系統(tǒng)在A場(chǎng)景里面安全不代表同樣在B場(chǎng)景也安全。應(yīng)用安全一定要落地到具體的應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)中去討論，在這個(gè)場(chǎng)景當(dāng)中究竟什么樣的安全標(biāo)準(zhǔn)是為之安全？做針刺、跌落、沖撞各種測(cè)試。第三個(gè)層面，真正要商業(yè)化，除了要去達(dá)到這些標(biāo)準(zhǔn)之外，需要一個(gè)大量的數(shù)據(jù)積累和可靠性的驗(yàn)證，才能夠真正把鋰金屬商業(yè)化應(yīng)用場(chǎng)景使用起來(lái)。

回到電池安全的保障方面是一個(gè)多維度的東西，首先科學(xué)研究，大量的學(xué)者做了非常多機(jī)理層面的研究積累，我們做產(chǎn)品的時(shí)候要考慮材料的穩(wěn)定安全，電芯體系的安全，以及在管理層面要去主動(dòng)和被動(dòng)的安全設(shè)置，甚至標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的多個(gè)維度方面。聚焦到熱失控管理方面，現(xiàn)在大家主要的研究會(huì)從熱管理的被動(dòng)安全，包括智能預(yù)警的主動(dòng)安全，以及材料的本質(zhì)安全三個(gè)方面進(jìn)行熱失控的抑制管理和預(yù)防。

再聚焦到材料層面，鋰金屬電池面臨的安全挑戰(zhàn)是什么？那就是鋰枝晶生長(zhǎng)所帶來(lái)的短路誘發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。要解決這個(gè)問(wèn)題，我們盟維在探索過(guò)程中發(fā)現(xiàn)它不是單一的問(wèn)題，是一個(gè)系統(tǒng)化體系的視角。我們不僅做鋰負(fù)極的保護(hù)，還要做電解液的適配，另外大家這兩年集中用固態(tài)電解質(zhì)的技術(shù)去解決它的安全問(wèn)題。

接下來(lái)簡(jiǎn)單分享一下固態(tài)電解質(zhì)在鋰金屬應(yīng)用當(dāng)中的一些驗(yàn)證和思考。

首先，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里面發(fā)現(xiàn)，固態(tài)電解質(zhì)在某些部分實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)表明，全固態(tài)電池并不是一個(gè)絕對(duì)安全的東西，固態(tài)電解質(zhì)仍然會(huì)發(fā)生熱失控，搭載在鋰金屬電池體系以后，現(xiàn)有的固態(tài)電解質(zhì)成熟技術(shù)，枝晶還會(huì)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致電池的短路，存在熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。全固態(tài)電解質(zhì)在鋰金屬電池當(dāng)中的安全性或者失效機(jī)理還需要大家更深入地再去做研究。另外，固態(tài)電解質(zhì)大家也介紹到，它的固固界面問(wèn)題、極化問(wèn)題，我們發(fā)現(xiàn)在鋰金屬電池體系里面，目前固態(tài)電解質(zhì)還很難把鋰金屬電池的理論綜合性能真正去發(fā)揮出來(lái)，相較于液態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率存在數(shù)量級(jí)的數(shù)據(jù)。同時(shí)由于它的高位阻，導(dǎo)致我們做成的電芯demo里面的內(nèi)部傳輸效率非常低，落到實(shí)際場(chǎng)景就會(huì)影響整個(gè)電芯的能量密度甚至是功率密度。固態(tài)電解質(zhì)全固態(tài)電池在鋰金屬的應(yīng)用需要業(yè)界同仁進(jìn)一步突破，包括離子電導(dǎo)率包括材料和界面的穩(wěn)定性一系列關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題。

盟維怎么做鋰金屬電池體系？目前采用的方案還是在用新型的阻燃電解液的體系來(lái)解決應(yīng)用安全問(wèn)題，在充放電的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，鋰金屬電池在開(kāi)發(fā)過(guò)程中非常核心的一個(gè)點(diǎn)，你必須要做好SEI膜的組分和狀態(tài)的調(diào)控。我們發(fā)現(xiàn)我們的新型電解液在鋰金屬電池體系形成很好的SEI，這個(gè)SEI的均一性和代表的強(qiáng)度，讓鋰金屬在充放電過(guò)程中的沉積比較均一，有效抑制枝晶的生長(zhǎng)。同時(shí)，我們添加阻燃電解液，用針刺模擬短路的過(guò)程中，鋰金屬電池依然可以保持穩(wěn)定的安全性。再在機(jī)理上做了分析，用熱失控的ARC測(cè)試結(jié)果，盟維的鋰金屬電池體系相較三元的鋰金屬，T1、T2溫度有非常大的提升，熱失控的起始溫度T1溫度相較于鋰離子電池體系我們從800度提升到150多攝氏度。熱失控的臨界溫度從200攝氏度提升到300攝氏度，熱失控的起始和臨界溫度的調(diào)控，使得電芯層面的熱失控幾率大大減少。

另外一個(gè)層面，我們也會(huì)發(fā)現(xiàn)，SEI可以調(diào)整得很好，甚至大家會(huì)做一些人造SEI設(shè)計(jì)，鋰電池真正充放電過(guò)程中發(fā)現(xiàn)SEI模式會(huì)破損，這個(gè)破損一旦發(fā)生之后，暴露出來(lái)的新鋰持續(xù)跟電解液反應(yīng)，這種快速的反應(yīng)就會(huì)導(dǎo)致電解液的消解，電池就會(huì)循環(huán)失效，這就是最直觀的循環(huán)壽命高的問(wèn)題。我們的思路方案一方面做負(fù)極保護(hù)層的修飾，另一方面，我們也要讓SEI層能夠形成一個(gè)動(dòng)態(tài)修護(hù)。鋰金屬整個(gè)體系從最開(kāi)始的幾圈到幾十圈到現(xiàn)在的最長(zhǎng)循環(huán)的鋰金屬電池體系在100% DOD的充放電條件下循環(huán)壽命是可以達(dá)到超過(guò)500圈循環(huán)。100%的DOD，我們發(fā)現(xiàn)我們的循環(huán)是在最極限100%的DOD條件下去測(cè)試，跟客戶的溝通過(guò)程當(dāng)中，我們發(fā)現(xiàn)客戶說(shuō)他們不需要100% DOD，尤其航空，通常建議里面一定會(huì)留30%，如果30%的條件下，我們的循環(huán)壽命還有非常高的進(jìn)一步提升的空間。我們目前也在積極突破800甚至1000圈的循環(huán)。

可制造性方面，鋰金屬電池體系，鋰是非常柔軟的，在裁切過(guò)程中如何解決可制造性也是一大問(wèn)題。盟維會(huì)自研生產(chǎn)和設(shè)備技術(shù)，目前可以做到無(wú)戰(zhàn)績(jī)的鋰負(fù)極成型以及復(fù)合疊片工藝，都非常好地支撐了鋰金屬電池的批量化生產(chǎn)和供應(yīng)。

盟維成立開(kāi)始到19年推出42的鋰金屬電池以來(lái)，我們?cè)?020年把能量密度提升到4500Wh/kg，2022年實(shí)現(xiàn)了500Wh/kg電池的批量交付之后，2023年有非常振奮的結(jié)果，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級(jí)的鋰金屬電池的電源整體能量密度超過(guò)400Wh/kg。在產(chǎn)品的技術(shù)層面，目前盟維的產(chǎn)品矩陣從以前的電芯，我們已經(jīng)做到電源，從以前的小樣做到了全尺寸的電芯，甚至是做到了電源系統(tǒng)的整個(gè)集成過(guò)程。我們?cè)?023年陸續(xù)跟海內(nèi)外的客戶批量交付了我們的產(chǎn)品，完成了相關(guān)驗(yàn)證，其中某一位海外客戶的無(wú)人機(jī)裝載飛行可以體現(xiàn)我們的飛行時(shí)間延長(zhǎng)了超過(guò)71.33%。

為了有效地保障客戶的供應(yīng)，我們?cè)?022年將首創(chuàng)的鋰金屬自動(dòng)制造線在2023年完成了全線系統(tǒng)智能升級(jí)，目前不僅能夠完成整個(gè)電芯的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和分工，同時(shí)也能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制，積極去促進(jìn)海內(nèi)外客戶的產(chǎn)品交付。

整個(gè)市場(chǎng)應(yīng)用方面在2023年盟維鏈接了全球的市場(chǎng)，為他們提供核心動(dòng)力的解決方案和產(chǎn)品。任何一個(gè)新興技術(shù)的發(fā)展到商業(yè)化一定會(huì)經(jīng)歷一個(gè)從技術(shù)驅(qū)動(dòng)到市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)再到規(guī)模渠道的過(guò)程，而鋰金屬電池由于它的新興性和特性，我們會(huì)認(rèn)為它會(huì)優(yōu)先在平流層無(wú)人機(jī)甚至工業(yè)無(wú)人機(jī)這樣一些場(chǎng)景去得到應(yīng)用。隨著在市場(chǎng)當(dāng)中實(shí)際場(chǎng)景的驗(yàn)證，會(huì)逐步地往電動(dòng)汽車方面能夠越來(lái)越成熟地走進(jìn)大家的視野。

最后，整個(gè)行業(yè)的發(fā)展一定是離不開(kāi)前沿技術(shù)的儲(chǔ)備，甚至是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，在整個(gè)2023年，盟維陸續(xù)參與了整個(gè)行業(yè)的發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，我們?cè)诤娇者@塊已經(jīng)聯(lián)合民航大學(xué)包括跟頭部企業(yè)已經(jīng)共同起草《航空用鋰金屬電池技術(shù)規(guī)范團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)》，未來(lái)的發(fā)展我相信還離不開(kāi)大家的合作以及整個(gè)行業(yè)的共同推動(dòng)。