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智己首款固态电池,什么来头???

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2024年3月25日,智己汽车科技有限公司联席CEO 刘涛,发了一条微博,称“智己L6将在准900V超强性能平台基础上,推出王炸:首个量产上车的超快充固态电池!”

这款“王炸”固态电池究竟是什么来头?让我们从上汽的专利布局一探究竟。

首先,宣传中提到了两个重点:

  • 纳米尺度固态电解质包覆超高镍正极材料

  • 新一代高比能复合硅碳负极


什么是“纳米尺度固态电解质包覆超高镍正极材料”?

从2018年2月至2023年5月,上汽共申请了17篇涉及固态电池的专利,浏览下来发现,其中的6篇提到了固态电池正极,深入阅读发现,一篇名为《一种提高锂离子电池正极材料离子电导率的包覆方法以及包覆改性的正极材料》的专利涉及的内容与宣传最为接近,专利介绍了正极材料的制备方法和相应功能,即通过提高正极材料的离子电导率实现电池倍率性能。而且在专利的实施例中找到了NCM811的实施例,笔者猜测“超高镍”可能是这一专利的拓展,使用Ni90以上的三元正极。

什么是“新一代高比能复合硅碳负极”?

很遗憾,笔者并未在这17篇专利中查到硅碳负极的内容。目前量产硅碳负极多半采用SiOx+石墨的方案,SiOx比例一般在5%以下,上汽所说的“新一代”也许是Si含量的提升或Si源的变化,比如从SiO改为SiC。

什么是“干法一体成型”?

上汽提出的“干法固态电解质层一体成型技术”,大大降低了正极和电解质的阻抗,提高了电池的充放电倍率,实现快充。相信大家对快充都不陌生,在800V电池平台下,4C和5C都不再是天方夜谭,不知道智己L6的准900V固态电池,是否能刷新这一行业纪录。

关于“一体成型”,笔者找到了一篇2018年的专利,题为《一种固态电池用电极及其制备方法以及一种固态电池》,其中提到了“喷墨打印和压制成型进行有效组合可实现电极的连续化制备”,功能是“实现快速精确控制制备具有组成、孔隙梯度分布的具有低界面阻抗一体化电极。”,从而提高电荷传输速率,提升功率性能。

目前商用的锂离子电池采用传统的电池制备工艺,存在电池制作过程繁琐、厂房占地面积大、成本高等问题。目前有少数企业开始研发采用聚合物电解质或固态电解质替代有机电解液来解决电池安全性,同时采用高容量的三元正极结合硅碳负极材料来提升电池的能量密度,然而仍然不能同时很好地解决电池的能量密度和安全性问题。


什么是“准900V”?

从上面的图中可以看到,智己L6的电池包大体结构与智己L7基本类似,同属于Cell to Pack结构,共分3个区域,每个区域有68颗电芯,电池包总共204颗电芯,假设电芯上限电压为4.4V,且都是串联,则电池包上限电压在897.6V左右,刚好符合官方宣传。这也从侧面体现了固态电池高电压的特点。

什么是“耐高温固态电解质”?

关于固态电解质,笔者一共搜索到了4篇上汽的专利,其中最相关的一篇是和同济大学共同申请的《一种多组分固态电解质及其制备方法与应用》。专利通过组分设计混合聚合物的功能,制备出高离子电导率、高离子迁移率、高力学强度且耐高温的固态电解质。

当前,无论商用的锂离子电池还是钠离子电池,都存在枝晶生长导致电池短路的隐患,而固态电解质可以从根本上解决枝晶问题,提高电池使用安全性。

专利中制备的电解质具有优异的力学性能、耐热性和较宽的电化学窗口,可以配合三元正极材料组成电池使用。

以上就是笔者对于智己首款固态电池的探究,欢迎感兴趣的小伙伴讨论交流。



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来源:小明来电
化学汽车新能源材料控制
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首次发布时间:2024-07-26
最近编辑:4月前
小明来电
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企示录:QuantumScape

(更多新能源行业干货,尽在微 信“小明来电”~)加利福尼亚州圣何塞-(美国商业资讯)-下一代固态锂金属电池技术的领导者QuantumScape公司(纽约证券交易所代码:QS)今天(2024年3月27日)宣布,它开始向客户发货Alpha-2原型电池,实现了2024年的目标。Alpha-2样品是QSE-5的一个重要里程碑,QSE-5是QuantumScape计划中的第一个商业产品。在向客户交付A0样品后,QuantumScape于2022年12月进入汽车认证流程。Alpha-2样品集成了该公司去年所做的许多重大组件改进。6层的Alpha-2样品比早期的24层A0样品能量密度更高。这主要是由于更高负载的阴极(即包装了更多的活性材料)和更有效的包装,优化了电池内的材料和空间。封装改进包括更紧凑的内部边缘,更薄的电流集流体,和更薄的设计,所有这些都是不可或缺的最终产品。作为计划于今年晚些时候推出的A0和QSE-5 B0样品之间的中间步骤,Alpha-2电芯具有QSE-5的主要功能,并为客户提供了测试关键性能参数和样品级可靠性的机会。虽然Alpha-2样品正在客户实验室进行测试,但QuantumScape正在努力将这些组件级改进集成到计划中的QSE-5电池中,QSE-5电池将由24层组成,并使用使用更快的Raptor设备和工艺生产的电解质隔膜。QuantumScape总裁兼首席执行官Siva Sivaram博士表示:“Alpha-2的出货是我们商业化道路上的一个重要里程碑。客户反馈是产品开发周期中最关键的输入,因为它提供了对需要改进的领域的洞察力,并加强了合作。我们越快地将新产品迭代送到客户手中,我们就能越快地投入生产。我们对Alpha-2的初步性能结果感到非常鼓舞,并对我们预计在今年晚些时候生产的第一批QSE-5电池感到兴奋。”QuantumScape的联合创始人兼首席技术官Tim Holme表示:“Alpha-2原型所展示的能量和功率密度的改进表明,QSE-5可以突破固态电池性能的界限。我们将继续推进我们的无阳极固态电池的性能和成熟度,并有条不紊地执行我们的里程碑。”在接下来的几个月里,该公司将继续制造并向汽车客户交付Alpha-2样品,同时专注于提高可靠性和提高产量。QuantumScape 2024年剩下的主要目标包括加快Raptor的生产流程,开始小批量的QSE-5原型生产,并准备使用Cobra设备和工艺大批量生产固态电解质隔膜,这将于2025年开始。QuantumScape 何许人也?在2023年8月的投资者会上,QuantumScape展示了公司概况:截至2023年,QuantumScape已经经历了12年的研究和开发投入拥有800多名员工(包括世界级新一代电池开发团队)拥有300多篇已授权和在申请专利(包括材料,应用和工艺)与整车厂签订了6个商业协议与德国大众集团展开深度合作(包括战略投资,合资和董事会展示)根据2023年《华尔街日报》报道,QuantumScape的发展机会包括以下4个前提:燃油车动力系统正在被电池动力系统所取代与传统锂离子电池相比,无阳极锂金属技术具有令人信服的优势QuantumScape可以在保持循环性能的同时增加层数QuantumScape可以将生产规模扩大到工业水平QuantumScape设立了富有野心的目标和里程碑:近期取得的重要成就产品开发:指定第一个商业产品 QSE-5(开篇提到);24层电池,计划容量为~5安培小时;客户互动:运输电芯具有更高负载的阴极;最近向汽车OEM合作伙伴交付了高阴极负载电芯;QSE-5,我们的第一个商业产品:与QSE-5汽车领域的潜在启动客户密切合作;技术开发:A0成功通过安全测试;A0原型机通过了基于潜在领先汽车客户规格的安全测试;扩大生产规模:完成Raptor的安装;作为快速分离工艺第一阶段的一部分安装的设备;QuantumScape 的产品思路是什么?QuantumScape首先将目标锁定在了轻型车市场,并收集了客户对量产车型的具体需求:能量/容量:超过300英里以上的续航里程;快充:45度下,SOC 10-80% 在15分钟内;安全:固态电池,难氧化隔膜;电池寿命:12年以上,或超过15万英里;成本:低于3万美元,对于300英里以上续航的电动车;QuantumScape如何满足以上要求呢?他们选择了锂金属负极的解决方案。传统的锂离子电池负极多采用石墨材料或石墨/硅混合材料,为了获得更高能量密度,QuantumScape选择了锂金属作为负极(有点类似实验室的扣式半电池),同时搭配固态隔膜,可以在正极材料不变的情况下将能量密度轻松突破300Wh/kg(例如下图的NCM811,从300提升至400Wh/kg)。根据这个新架构,固态隔膜中的陶瓷电解质可以有效阻碍锂枝晶的产生,从而实现高倍率充放电、不起火、长寿命等优良性能。QuantumScape在开发过程中尝试了多种锂金属负极与隔膜/电解质的组合,并且获得了“隔膜必须足够薄,从而实现低成本连续加工”的经验。电芯制造采用多层堆叠的方式,“无负极制造”通过电池充电是锂在集流体的沉积实现。报告中展示了产品固态陶瓷隔膜,单层电芯和多层电芯样品。QuantumScape 的产品性能处在什么水平?在常温1C/1C 100%DoD的循环测试中,多层和单层电芯跑完800圈后的容量保持率相差不大,差不多能达到90%SOH。双层电芯在45度下,从10%SOC 4C充电至80%SOC,用时15分钟,虽然比市场上的畅销长续航电动车的电池快,但这里并未考虑电芯层数增加到24后的热管理因素,还需要整车测试的实际数据才可以对标。单层电芯在25和45度下,100%DoD 4C快充循环400圈后容量保持率仍在90%左右。同理,电芯层数增加后,电芯极耳处的过流能力可能会成为制约快充的主要因素,还需要整车测试的实际数据才可以对标。根据部分公开的锂金属电池测试结果,QuantumScape认为自家电池的充电和循环性能“遥遥领先”,前提是在常温且2-5个大气压下工作。不知道高压力在系统层级上是否容易实现?欢迎了解相关领域的小伙伴在评论区留言。以上是本期《企示录》的全部内容,如果大家有任何疑问或感兴趣的话题,可以在评论区告诉我。小明来电⚡为你充电,我们下期再见,拜拜~来源:小明来电

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