“材料安全不代表電芯安全；電芯安全不代表系統(tǒng)安全，整個系統(tǒng)在A場景里面安全不代表同樣在B場景也安全?！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年中國電動汽車百人會之動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景、標準和可靠性等多維度保障，而應用安全是高比能鋰金屬電池商業(yè)化的一個最基本的門檻。所以在鋰金屬電池商業(yè)化進程中，應用安全、能量密度、可制造性甚至循環(huán)等綜合性能又該如何協(xié)調滿足。周莉莎在本次論壇上給出了相關思考。

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

下文為其演講轉化，存在部分刪減與優(yōu)化，供讀者參考。

交通電動化的時代，動力電池產(chǎn)業(yè)不僅在水面、地面，已經(jīng)廣泛應用到低空甚至平流層、商業(yè)航天的領域。這兩年在電動飛行汽車、電動通航飛機開始逐漸進入大家的視野。更高能、更安全、更具經(jīng)濟性的訴求也驅動電池技術不斷去進步，尤其在2023年10月《綠色航空發(fā)展綱要》里明確提出把400Wh/kg級的電池投入量產(chǎn)，500Wh/kg級的電池明確列為關鍵技術方向。

面向未來實現(xiàn)400Wh/kg、500Wh/kg的突破，我們認為從電池的結構創(chuàng)新發(fā)展到材料體系的創(chuàng)新是一個必然的趨勢?；氐讲牧蟿?chuàng)新里面，從高比能的技術路線來看，電芯體系主要看正極、負極、電解液三個主材，目前最成熟的正極一定是三元，整個迭代方向在往高鎳、超高鎳或者富鋰錳的方向發(fā)展。負極現(xiàn)在普遍鋰離子使用最成熟的還是石墨體系，這兩年隨著技術的發(fā)展，行業(yè)各個頭部企業(yè)也開始逐漸采用了一些添加3%—5%的硅碳體系。從未來的發(fā)展趨勢上，負極方向勢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是高比能電池技術路線的終極解決方案。

回到基于鋰負極的體系，盟維目前在產(chǎn)品級的方案使用了正極搭載三元，適配新型電解液，同時也在DRE創(chuàng)新實驗室同步嘗試在這個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。

鋰金屬電池作為顛覆性的技術，怎么真正落地去實現(xiàn)它的商業(yè)化？我們認為其實要回到整個市場需求的本質問題上來。什么樣的鋰金屬電池是這個市場愿意使用和接受的，并且愿意為之付費買單的產(chǎn)品，這是我們一直思考的問題?？梢哉f，我們講技術創(chuàng)新，我們講工程創(chuàng)新，都是為了去提升電池的性能指標，它是一種策略方式和手段。回到市場本質的需求，我想對于我們聽到的聲音就是，滿足應用市場場景需要的綜合性能指標，可以說是鋰金屬電池真正商業(yè)化的一個核心關鍵，在這方面簡單談幾點，包括有能量密度的問題，應用安全的問題，可制造性甚至循環(huán)等綜合性能。

能量密度勢必是鋰金屬電池的優(yōu)勢，應用安全又是鋰金屬電池商業(yè)化的基本門檻，可制造性幫助批量生產(chǎn)驗證出真正的鋰金屬產(chǎn)品在市場當中去驗證的基本保障。再進一步提升循環(huán)，可以更多涉及成本經(jīng)濟性和場景拓展各方面的問題。

應用安全可以說是高比能鋰金屬電池商業(yè)化的一個最基本的門檻。什么安全視為安全？鋰金屬電池的應用安全性會涉及到三方面的問題要回答：場景、標準和可靠性。所謂安全一定要落地到場景當中談安全，材料安全不代表電芯安全；電芯安全不代表系統(tǒng)安全，整個系統(tǒng)在A場景里面安全不代表同樣在B場景也安全。應用安全一定要落地到具體的應用場景當中去討論，在這個場景當中究竟什么樣的安全標準是為之安全？做針刺、跌落、沖撞各種測試。第三個層面，真正要商業(yè)化，除了要去達到這些標準之外，需要一個大量的數(shù)據(jù)積累和可靠性的驗證，才能夠真正把鋰金屬商業(yè)化應用場景使用起來。

回到電池安全的保障方面是一個多維度的東西，首先科學研究，大量的學者做了非常多機理層面的研究積累，我們做產(chǎn)品的時候要考慮材料的穩(wěn)定安全，電芯體系的安全，以及在管理層面要去主動和被動的安全設置，甚至標準法規(guī)的多個維度方面。聚焦到熱失控管理方面，現(xiàn)在大家主要的研究會從熱管理的被動安全，包括智能預警的主動安全，以及材料的本質安全三個方面進行熱失控的抑制管理和預防。

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

接下來簡單分享一下固態(tài)電解質在鋰金屬應用當中的一些驗證和思考。

首先，我們在實驗室里面發(fā)現(xiàn)，固態(tài)電解質在某些部分實驗結構表明，全固態(tài)電池并不是一個絕對安全的東西，固態(tài)電解質仍然會發(fā)生熱失控，搭載在鋰金屬電池體系以后，現(xiàn)有的固態(tài)電解質成熟技術，枝晶還會長，會導致電池的短路，存在熱失控的風險。全固態(tài)電解質在鋰金屬電池當中的安全性或者失效機理還需要大家更深入地再去做研究。另外，固態(tài)電解質大家也介紹到，它的固固界面問題、極化問題，我們發(fā)現(xiàn)在鋰金屬電池體系里面，目前固態(tài)電解質還很難把鋰金屬電池的理論綜合性能真正去發(fā)揮出來，相較于液態(tài)電解質的離子電導率存在數(shù)量級的數(shù)據(jù)。同時由于它的高位阻，導致我們做成的電芯demo里面的內部傳輸效率非常低，落到實際場景就會影響整個電芯的能量密度甚至是功率密度。固態(tài)電解質全固態(tài)電池在鋰金屬的應用需要業(yè)界同仁進一步突破，包括離子電導率包括材料和界面的穩(wěn)定性一系列關鍵的科學問題。

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解決應用安全問題，在充放電的過程中發(fā)現(xiàn)，鋰金屬電池在開發(fā)過程中非常核心的一個點，你必須要做好SEI膜的組分和狀態(tài)的調控。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SEI的均一性和代表的強度，讓鋰金屬在充放電過程中的沉積比較均一，有效抑制枝晶的生長。同時，我們添加阻燃電解液，用針刺模擬短路的過程中，鋰金屬電池依然可以保持穩(wěn)定的安全性。再在機理上做了分析，用熱失控的ARC測試結果，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控，使得電芯層面的熱失控幾率大大減少。

另外一個層面，我們也會發(fā)現(xiàn)，SEI可以調整得很好，甚至大家會做一些人造SEI設計，鋰電池真正充放電過程中發(fā)現(xiàn)SEI模式會破損，這個破損一旦發(fā)生之后，暴露出來的新鋰持續(xù)跟電解液反應，這種快速的反應就會導致電解液的消解，電池就會循環(huán)失效，這就是最直觀的循環(huán)壽命高的問題。我們的思路方案一方面做負極保護層的修飾，另一方面，我們也要讓SEI層能夠形成一個動態(tài)修護。鋰金屬整個體系從最開始的幾圈到幾十圈到現(xiàn)在的最長循環(huán)的鋰金屬電池體系在100% DOD的充放電條件下循環(huán)壽命是可以達到超過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條件下去測試，跟客戶的溝通過程當中，我們發(fā)現(xiàn)客戶說他們不需要100% DOD，尤其航空，通常建議里面一定會留30%，如果30%的條件下，我們的循環(huán)壽命還有非常高的進一步提升的空間。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，在裁切過程中如何解決可制造性也是一大問題。盟維會自研生產(chǎn)和設備技術，目前可以做到無戰(zhàn)績的鋰負極成型以及復合疊片工藝，都非常好地支撐了鋰金屬電池的批量化生產(chǎn)和供應。

盟維成立開始到19年推出42的鋰金屬電池以來，我們在2020年把能量密度提升到4500Wh/kg，2022年實現(xiàn)了500Wh/kg電池的批量交付之后，2023年有非常振奮的結果，我們已經(jīng)實現(xiàn)了系統(tǒng)級的鋰金屬電池的電源整體能量密度超過400Wh/kg。在產(chǎn)品的技術層面，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)的整個集成過程。我們在2023年陸續(xù)跟海內外的客戶批量交付了我們的產(chǎn)品，完成了相關驗證，其中某一位海外客戶的無人機裝載飛行可以體現(xiàn)我們的飛行時間延長了超過71.33%。

為了有效地保障客戶的供應，我們在2022年將首創(chuàng)的鋰金屬自動制造線在2023年完成了全線系統(tǒng)智能升級，目前不僅能夠完成整個電芯的數(shù)據(jù)監(jiān)測和分工，同時也能夠進行遠程的控制，積極去促進海內外客戶的產(chǎn)品交付。

整個市場應用方面在2023年盟維鏈接了全球的市場，為他們提供核心動力的解決方案和產(chǎn)品。任何一個新興技術的發(fā)展到商業(yè)化一定會經(jīng)歷一個從技術驅動到市場驅動再到規(guī)模渠道的過程，而鋰金屬電池由于它的新興性和特性，我們會認為它會優(yōu)先在平流層無人機甚至工業(yè)無人機這樣一些場景去得到應用。隨著在市場當中實際場景的驗證，會逐步地往電動汽車方面能夠越來越成熟地走進大家的視野。

最后，整個行業(yè)的發(fā)展一定是離不開前沿技術的儲備，甚至是行業(yè)標準的規(guī)范，在整個2023年，盟維陸續(xù)參與了整個行業(yè)的發(fā)展過程當中，我們在航空這塊已經(jīng)聯(lián)合民航大學包括跟頭部企業(yè)已經(jīng)共同起草《航空用鋰金屬電池技術規(guī)范團體標準》，未來的發(fā)展我相信還離不開大家的合作以及整個行業(yè)的共同推動。