隨著全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和新能源汽車等產(chǎn)業(yè)儲(chǔ)能需求提升，“續(xù)航焦慮”問題不斷推動(dòng)行業(yè)技術(shù)邊界拓展，呼喚電池能量密度升級(jí)。作為新一代動(dòng)力電池的重要技術(shù)路線之一，我國自主研發(fā)鋰金屬電池近日實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，我國電池行業(yè)正迎來風(fēng)口期，500Wh/kg的高能量密度鋰金屬電池在電動(dòng)航空應(yīng)用領(lǐng)域正在逐步成熟，未來在新能源汽車產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用也值得期待。

 

儲(chǔ)能需求帶動(dòng)創(chuàng)新

 

       今年上半年，我國新能源汽車市場持續(xù)火爆，完成銷量259萬輛，同比增長117%，累計(jì)滲透率超過22%。

 

       這也帶來了動(dòng)力電池需求量同比高增。截至7月，國內(nèi)動(dòng)力電池年內(nèi)累計(jì)裝車量134.3GWh，同比增長110.6%。與此同時(shí)，電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具以及航空等領(lǐng)域的電動(dòng)化發(fā)展，對(duì)電池的裝載重量、安全性能、能量密度等都提出了更高的要求。

 

       專家認(rèn)為，能源存儲(chǔ)問題的解決是加快新能源利用的重要前提，未來我國動(dòng)力電池及其相關(guān)行業(yè)的發(fā)展對(duì)于促進(jìn)我國實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)具有重要意義，我國電池行業(yè)正迎來風(fēng)口期。

 

       過去幾十年，我國電池體系經(jīng)過多次迭代，目前三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池、鈉離子電池、燃料電池，以及近期實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)的鋰金屬電池“百家爭鳴”，各條路線在低電池成本、高循環(huán)壽命、充放電效率、高安全、高能量密度等性能方向發(fā)力。工業(yè)和信息化部數(shù)據(jù)顯示，2021年，中國三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池單體能量密度分別平均達(dá)到280Wh/kg、170Wh/kg，相比2012年，動(dòng)力電池單體能量密度提高超過220%。

 

       我國鋰電池材料國內(nèi)供給充足、供應(yīng)鏈完整，鋰電池憑借其優(yōu)異性能仍是全球電池體系的主導(dǎo)。隨著各方資源在鋰電池領(lǐng)域的研發(fā)投入實(shí)現(xiàn)進(jìn)展，鋰金屬電池等新技術(shù)及材料逐步具備產(chǎn)業(yè)化的可能。

 

       清華大學(xué)教授張躍鋼認(rèn)為，鋰是自然界最輕質(zhì)的金屬元素，為提升鋰電池能量密度，負(fù)極技術(shù)路線會(huì)經(jīng)歷從石墨到硅碳，再到金屬鋰的發(fā)展趨勢(shì)，鋰金屬電池將是高能量密度電池的“終極目標(biāo)”。

 

     “鋰金屬電池采用純金屬鋰作為負(fù)極，具有超高的理論比容量和極低的電勢(shì)，這使鋰金屬電池有望將電動(dòng)汽車的續(xù)航里程提升一倍以上，是當(dāng)前電池行業(yè)創(chuàng)新突破性技術(shù)的重要發(fā)展方向。”張躍鋼說。

 

自主研發(fā)不斷突破

 

       金屬鋰的活性極強(qiáng)，作為電池負(fù)極在安全性方面技術(shù)挑戰(zhàn)很大，導(dǎo)致全球在鋰金屬電池技術(shù)的研發(fā)長期停留在實(shí)驗(yàn)室階段。

 

       在這方面，安徽盟維新能源科技有限公司在研發(fā)生產(chǎn)領(lǐng)域取得了突破。通過采用功能化電解液有效解決關(guān)鍵安全問題，可批量提供500Wh/kg鋰金屬電池產(chǎn)品。2022年6月，公司批量交付的第三代METARY Exx產(chǎn)品在臨近空間環(huán)境的低氣壓寬溫差工況下的測(cè)試數(shù)據(jù)表現(xiàn)優(yōu)異，將被批量應(yīng)用于新一代電動(dòng)航空飛行器。

 

       近日，盟維科技位于合肥經(jīng)開區(qū)的鋰金屬電池自動(dòng)化制造線及z21創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室正式啟用，實(shí)現(xiàn)了鋰金屬電池從實(shí)驗(yàn)室階段（TRL3）到批量商業(yè)化交付階段（TRL6-8）的突破。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，這標(biāo)志著我國自主研發(fā)新一代動(dòng)力電池技術(shù)企業(yè)在規(guī)模化量產(chǎn)道路上實(shí)現(xiàn)重大進(jìn)展，也說明我國在500Wh/kg高端能量型動(dòng)力電池產(chǎn)品的批量交付方面居于領(lǐng)先位置。

 

       盟維科技聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO周莉莎表示，盟維科技從基礎(chǔ)材料、電芯工藝、制造設(shè)備、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)四大關(guān)鍵環(huán)節(jié)對(duì)鋰金屬電池進(jìn)行持續(xù)系統(tǒng)性創(chuàng)新研究，完成了鋰負(fù)極保護(hù)、阻燃電解液、隔膜修飾等一系列關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新突破，有效抑制了負(fù)極鋰枝晶的生長，大幅提高了金屬鋰負(fù)極的穩(wěn)定性。目前，600Wh/kg的新型超高能量密度鋰金屬電池原型樣品在公司創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)已順利完成驗(yàn)證。成本方面，雖然處于產(chǎn)業(yè)化初期的鋰金屬電池與現(xiàn)有大規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)鋰離子電池相比成本略高，但隨著未來技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化應(yīng)用推進(jìn)，成本將被逐步攤薄并繼續(xù)下探。

 

市場主體積極布局

 

       業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，誰掌握了下一代電池科技，誰就有機(jī)會(huì)在未來的電動(dòng)汽車市場取得先機(jī)。當(dāng)前，全球各大電池企業(yè)、整機(jī)車廠都在積極布局汽車動(dòng)力電池。中國科學(xué)院院士歐陽明高表示，未來中國動(dòng)力電池創(chuàng)新要從電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新逐步發(fā)展到材料體系創(chuàng)新，未來10年，電池體系還將經(jīng)歷多次技術(shù)變革，在2035年前實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)能量密度為500Wh/kg的下一代電池。

 

       華控基金相關(guān)負(fù)責(zé)人也表示，鋰金屬電池重量更輕、能量更高、續(xù)航時(shí)間更長，隨著其在航空應(yīng)用中逐步成熟，通航及新能源汽車電池技術(shù)指標(biāo)的要求也會(huì)趨同，預(yù)計(jì)在未來5至10年，鋰金屬電池可以在中短途商用電動(dòng)航空中得到成熟應(yīng)用，在新能源汽車的應(yīng)用領(lǐng)域也非常值得期待。