比亞迪寧德時代發布固態電池專利，續航1000km時代何時來？

2021-02-02

固態電池量產，改變的不僅是電動車使用體驗，更是人類所有儲能產品的前景。

今年可以被視為電動車續航「破千」元年，蔚來、智己和埃安分別表示在接下來兩年內會推出續航突破1000公里的純電動車型，著實吸引眼球。而在續航破千的大背景下，蔚來ET7聲稱即將量產的固態電池技術，尤其引發業界的普遍關注。

固態電池，顧名思義，是指這類電池應用了固態物體作為電解質和導電介質，與目前普遍所採用的電解質溶液在電池結構中扮演著相似的功能，但是從原材料到生產路徑，均存在著區別巨大差異。根據固化程度的不同，固態電池分為半固態、准固態和全固態電池，蔚來150kWh電池包所採用的是原位固化的半固態電解質。

而日前，國內兩大電池供應商——寧德時代和比亞迪，分別公布了自身在固態電池領域的全新專利。新專利直接聚焦技術難度最高的全固態電池領域，專利集中於提高固態電解質的電導率，並優化了其他的相關性能參數。

固態電池的電解質主要分為鋰氧化物、鋰硫化物和高溫聚合物三類，而寧德時代和比亞迪分別選擇了不同的電解質種類。

寧德時代的兩項專利技術以鋰硫化物為電解質主要成分。以氧化鋰和硫化鋰為代表的電解質存在與電極實際接觸面積有限，介面阻抗上升幅度較大，不利於快速充放電（但電解液和電極之間在使用過程中也有生成半固態SEI膜的趨勢，影響快速充放電效果）。

寧德時代的專利技術在有機溶劑中加入硼酸酯，硼元素可降低陰離子對鋰離子的束縛作用，提高電解質的電導率，並基於這項發現，提出了一種硫化物固態電解質片的製備方法。

該方法不僅實際提高了電導率，而且製備的過程中硼酸酯副產物完全揮發，製備出的固態電解質片摻雜均勻度高，表面的粗糙度得到顯著改善，從而利於鋰離子在電解質片和鋰金屬陽極介面的擴散過程，降低介面阻抗，並改善電池的循環性能。

從上表中可以看出，固態電解質片的電導率已超出電解液1-2mS/cm的電導率，介面阻抗也大幅降低。寧德時代這項專利有效解決了固態電池應用過程中的一些基礎問題，但在固態電解質片機械強度方面沒有特殊的體現，而這是硫化物固態電解質片的劣勢之一。

比亞迪的技術則採用聚合物固態電解質，這類電解質在室溫下的電導率極低，對比容量的影響較大。通過添加全氟聚醚，可減弱陰離子與鋰離子的作用，有效提高電導率。

可以看出，相比對照組（DS1/DS2），在室溫下固態電解質的電導率大幅提升了10-20倍左右，但是相較電解液不低於1mS/cm的電導率，這類固態電解質還是存在一定的劣勢。不過在機械性能方面，聚合物固態電解質本身具有一定的優勢，全氟聚醚的加入降低了玻璃化（類似於固化）所需的溫度，讓它常溫下的機械性能更符合商業化需求。

如果兩家企業按這樣的固態電解質技術路線繼續研發，或許會是電解液時代格局的翻版——寧德時代能量密度具有優勢，而比亞迪更看重電芯的可靠性。

固態電池是前景廣闊的技術，它被認為有以下優勢：

1、通過減少隔膜結構和電解液中不參與電化學反應的成分，可以減少40%的體積和25%的重量，大幅提高能量密度

2、不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液，高溫下不發生副反應，安全性有保障

3、伴隨著固態電解質技術的應用，正負極材料也可以發生一定的改變，例如，寧德時代表示將採用金屬鋰作為負極材料，減少負極石墨的體積與重量，最終單體能量密度有望突破500Wh/kg，是目前最高能量密度的2倍以上

4、溫度適應性更佳，可以在-25℃-60℃正常工作

5、壽命長，循環衰減低，以寧德時代實驗為例，100次循環後衰減僅4%，換言之，續航1000km的純電動車在10萬公里後電池衰減僅4%

6、形狀靈活性佳，可以適應不同的硬體布局需求

然而，寧德時代和比亞迪都沒有給出具體的技術落地時間。雖然早有技術研發，但從目前公布的專利進展來看，僅針對配方在實驗室內進行了一定的初步研究，具體的生產流程和降本細節沒有任何體現。

在這一過程中，還有很多具體的問題待解決，例如金屬鋰電極如何製備，實驗室的手套箱環境如何應用於大批量的生產，等等。

由此看來，蔚來150kWh所採用的半固態鋰電池技術，算是在固態電池領域比較初級階段的技術，電極的優化採用的也是目前可產業化的摻矽補鋰方案。但或許從用戶體驗的角度而言，這塊電池已經達到替代絕大部分日常用車場景的水平。而寧德時代此次公布的專利，很可能不是應用於ET7的固態電池技術，具體落地時間，以及蔚來相對應的固態電池供應商，有待考證。