攻克300wh/kg产业化看界面膜包覆技术应用

动力电池单体达300wh/kg的目标已经实现，但想要量产应用还需克服诸多困难。

近期，由中信国安盟固利动力科技有限公司牵头承担的北京市科技重大专项——“电动汽车用300Wh/kg级三元系高比能量锂离子电池研制”项目通过了北京市科学技术委员会专家组验收。

据了解，该项目于2017年1月由北京市科委立项，旨在带动新能源汽车高比能量动力电池的研发推广。项目组此次所开发的单体电池质量比能量达310.3Wh/kg，体积比能量达659.3Wh/L，电池循环寿命可达到1000次。

项目同时还开发出了高比能量动力锂电正极材料，新型高安全、耐高压电解液等匹配锂电池材料，对推动300Wh/kg级以上高比能量单体电池的产业化有积极作用。

而在此之前，包括国轩高科、力神电池、宁德时代等多家电池企业也开发出了300wh/kg高比能电池样品。

具体来看，上述电池企业都几乎都采用了高镍正极+硅碳负极的材料体系，匹配研发新型高压电解液解决电池内部膨胀循环寿命低等问题，采用软包技术路线，从而开发出了300wh/kg的单体电芯。

事实上，在补贴政策的导向作用下，国产动力电池的能量密度在近两年出现快速上升。磷酸铁锂电池单体比能量平均达到160wh/kg，系统140wh/kg左右；三元电池单体比能量在220-240wh/kg左右，系统能量密度在140-160wh/kg左右。

2019年，动力电池能量密度有进一步上升趋势。量产的磷酸铁锂电池有望达到190wh/kg，系统160wh/kg；高比能三元电池单体达260wh/kg，系统达180wh/kg以上。

从当前动力电池能量密度上升趋势来看，单体300wh/kg的动力电池有望在2020年实现产业化应用，但规模不会太大。由于高镍电池还面临着高镍材料不成熟、制造工艺待提升、产业链配合不完善等问题，因此距离大规模量产应用还存在一定距离。

与此同时，由于动力电池能量密度持续提升，电池的安全性和一致性可靠程度出现了松动。能量密度提升若是牺牲了电池的安全性和循环寿命，届时或将引发一系列的安全事故，进而对新能源汽车产业产生致命打击。

因此，当前包括主机厂和电池厂都在围绕2019年动力电池能量密度水平而讨论，普遍认为不宜盲目提升。而是要在保证电池安全的基础上进行多元化开发设计，充分发挥磷酸铁锂和三元电池的性能优势，提升电动汽车的产品竞争力。

下面就来看看本周锂电行业都有哪些新技术和大事件吧。

1、美国破坏性创新助力锂电池技术突破

德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会发布的一份全球锂电产业发展的报告中，特别提及了美国在研发和产业领域的破坏性创新，即实现至少一种性能参数，如能量密度比现有的锂离子电池有显着改进的技术。

从今年开始，包括SilaNanotechnologies、SolidPower、QuantumScape等几家初创企业将把他们的电池推向商业市场。

SilaNanotechnologies的首席执行官GeneBerdichevsky说：“我们花了8年时间，大概进行了3.5万次材料合成，才有了商业化的东西。”

SilaNanotechnologies公司此前获得了来自西门子等全球知名公司7000万美元的D轮融资，用于继续调整电池技术以及建设其第一条硅负极电池商业生产线。Sila目前的汽车合作伙伴之一是宝马。

点评：实验室里面从不缺乏创新性的锂电池技术，例如锂空气电池、石墨烯电池和全固态电池等。但从现有的技术来看，上述新型电池技术的产业化时间还遥遥无期，主要是原材料的制备技术还不成熟以及电池制造成本难以降低，锂离子电池依然是当前比较成熟可靠的解决方案。

2、动力电池将纳入电动汽车“三包”

3月14日，《家用汽车产品修理、更换、退货责任规定(修订征求意见稿)》(以下简称“汽车三包”修订稿)在司法部中国政府法制信息网和市场监管总局网站同时发布，向全社会公开征求意见。任何单位和个人均可在4月13日前，通过网络、电子邮件、信件等方式将意见建议反馈给市场监管总局。

此次“汽车三包”修订稿对家用电动汽车的“三包”责任进行补充完善：

1）将动力蓄电池、行驶驱动电机作为与发动机、变速器并列的家用汽车主要系统，纳入免费更换总成的规定范围；

2）将动力蓄电池、行驶驱动电机与其主要零件反复发生的质量问题纳入退换车条款；

3）要求生产者将动力蓄电池放电容量衰减限值和对应的测试方法明示在“三包”凭证上；在退换车条款中补充了家用电动汽车动力蓄电池起火的故障。

4）油电混合动力汽车中的动力蓄电池、行驶驱动电机适用于本规章。氢能源等其他新能源汽车目前尚未批量上市，本次修订暂不涉及相关内容。

同时，“汽车三包”修订稿进一步加大对消费者合法权益的保护力度。针对当前消费者退换车支付使用补偿费用偏高的问题，通过对比研究国外类似法规和测算，将使用补偿系数n从现行《汽车三包规定》中的0.5%至0.8%调整到上限不超过0.7%、下限不封底。

考虑到目前“三包”起算日期按开具购车发票之日起计算，而实际销售活动中存在向消费者交付产品晚于开具发票日期的情况，为此增加按照实际交付日期起计算“三包”期限的规定。

点评：当前因为锂电池技术、三电系统以及充电网络等一系列不成熟、不完善的原因，导致电动汽车存在一系列质量问题，动力电池的质量问题尤其突出。而此次将动力电池纳入电动汽车“三包”范围，给消费者提供了一个保障，同时也给主机厂和电池厂上了一道箍，避免消费者的权益遭到侵害。

3、宁德时代采用界面膜包覆解决硅碳硬伤

硅基材料就被看做替代石墨的下一代材料，据测算，硅基负极材料的比容量可达石墨负极的10倍，被看作是后者的“替代者”。

传统硅基材料的应用，主要采用碳包覆技术，即在硅材料表面复合一层碳材料。但由于硅材料充放电过程中体积变化高达300％，多次循环后表面包覆的碳材料会破碎、脱落，对硅材料的保护作用大幅减弱，从而导致电池循环性能不佳。

宁德时代首席科学家吴凯介绍，宁德时代摒弃了传统碳包覆技术，转向研究人造电解质界面膜包覆技术。历时2年多，将这一技术应用到硅材料制备，开发出具有自主知识产权的新型人造电解质界面膜包覆的硅碳复合负极材料，其循环性能表现显著优于国外产品。

“与碳材料相比，人造电解质界面膜与硅材料的结合作用力更强、弹性更好、不易破碎或粉化，对硅材料起到很好的保护作用，因此能够在循环中大幅提高硅材料的界面稳定性，从而提升电池的循环寿命。”

点评：基于该技术，宁德时代已经率先开发出比能量(质量能量密度)达304Wh/kg的电池样品，这表明其采用的人造电解质界面膜包覆技术在一定程度上解决了硅碳材料的膨胀问题。此举将促进国内充分掌握材料改性、前驱体合成等多方面的核心技术，实现关键材料技术的国产化，为硅碳复合负极的逐步商业化推广应用提供了重要保障。