中國粉體網(wǎng)訊  在今年的上海車展上，寧德時代發(fā)布了里程碑式產(chǎn)品--凝聚態(tài)電池，能量密度最高可達到500Wh/kg，不僅可以應用到電動汽車上，未來還會應用到民用電動載人飛機等領域。

凝聚態(tài)電池（來源：寧德時代）

從凝聚態(tài)電池封裝形式上看，現(xiàn)階段將采用軟包和方形兩種形態(tài)。這對于一直主打方形封裝的寧德時代來說，或許意味著其已經(jīng)儲備軟包技術，也看好軟包在凝聚態(tài)這種下一代電池領域的應用空間。

在寧德時代發(fā)布凝聚態(tài)之前，東吳證券報告指出，第一代凝聚態(tài)電池或采用原位聚合工藝。相比傳統(tǒng)液態(tài)電池，第一代凝聚態(tài)電池電解液無較大變化，額外加入3-5%的膠黏劑（推測為環(huán)氧乙烷，為原位聚合單體，預封裝后通過60-80℃加熱進行固化，使單體聚合形成PEO），增加聚合物+氧化物復合電解質，其中PEO聚合物以框架網(wǎng)絡形式填充，氧化物使用LATP材料，以隔膜涂覆+正極包覆形式添加。此外負極從石墨體系升級到預鋰化的硅基負極，正極仍使用高鎳811材料，隔膜仍保留并涂覆固態(tài)電解質涂層，封裝方式可采用卷繞/疊片+方形/軟包的方式。

第二代凝聚態(tài)電池或升級鋰金屬/鋰復合負極，或需使用LLZO/LLZTO固態(tài)電解質。相比傳統(tǒng)液態(tài)電池，第二代凝聚態(tài)電池變化較大，其中電解液的使用大幅減少，增加對鋰金屬穩(wěn)定的LLZO/LLZTO氧化物電解質（含鋯），正極采用高鎳高電壓/超高鎳9系/富鋰錳基，負極使用鋰金屬/鋰復合負極，隔膜保留并涂覆固態(tài)電解質涂層，封裝方式主要采用疊片+軟包的方式

（來源：東吳證券）

國聯(lián)證券研報也持相同觀點，其認為，寧德時代第一代凝聚態(tài)電池方案或采用原位聚合工藝，在8系高鎳三元及高硅負極體系內引入膠黏劑（PEO或VC等）加引發(fā)劑形成凝膠狀電解質，使用常規(guī)鋰鹽及電解液并添加LiFSi或LiTFSi，保留隔膜并在隔膜涂覆固態(tài)電解質（LATP或LLZO）。

“而二代產(chǎn)品在此基礎上或采用超高鎳或富鋰錳基正極搭配鋰金屬或鋰復合負極并大幅減少電解液使用量，并且在封裝方式上可能革新為疊片軟包的方式。”上述研報表示。

凝聚態(tài)電池屬于半固態(tài)電池？

與目前的三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池相比，凝聚態(tài)電池有著“更高”和“更快”等優(yōu)勢，前者是指能量密度，后者是指充電速度。

凝聚態(tài)電池經(jīng)特殊界面設計將電解液束縛在高分子網(wǎng)絡結構中，形成了兼具優(yōu)良力學穩(wěn)定性和離子傳輸性能的凝膠態(tài)，擁有更佳的動力學、安全性及可靠性。

從寧德時代披露的資料來看，目前凝聚態(tài)電池很可能是一種半固態(tài)電池，它的電解質是凝膠狀態(tài)，含有液態(tài)成分，沒有流淌性而具有很強的粘附性，避免了液態(tài)電池的熱失控，提升了安全性。除此之外，在能量密度和充電速度方面都比液態(tài)電池有所提升。與全固態(tài)電池相比，凝聚態(tài)電池依然屬于過度性產(chǎn)品，在能量密度與安全性上依然遜色不少。

半固態(tài)電池吹響軟包電池翻身的號角

相較于方形、圓柱電池，軟包電池在很長一段時間在成本方面并不占優(yōu)勢。究其根源，主要是軟包電池使用的疊片工藝，過去很長一段時間疊片效率不及卷繞工藝，使得軟包電池的規(guī)模制造成本高于方形、圓柱電池。在電動汽車普遍降本的形勢倒逼下，采用疊片的軟包市場拓展一直不溫不火，尤其在國內，市占率不足10%。

但是，軟包疊片效率低的痛點一旦解決，其制造成本有望與方形、圓柱電池較量，屆時，軟包電池的高能量密度、高安全性、長循環(huán)壽命和靈活設計優(yōu)勢就會成為加分項，成為車企和消費者的優(yōu)先考慮選項。

而被視作全固態(tài)電池的過渡路線的半固態(tài)電池通常采用軟包+疊片封裝工藝，中后道工序變化大，不需注液。從目前已經(jīng)可量產(chǎn)半固態(tài)電池企業(yè)如孚能科技、國軒高科、贛鋒鋰電、衛(wèi)藍新能源等企業(yè)來看，均采用了疊片+軟包的路線。此外，比亞迪在混動領域推出的刀片電池，其電芯也采用了疊片電芯+鋁塑膜包裹，即多個裸電芯經(jīng)鋁塑膜包裹后，串聯(lián)在一個方形鋁殼內。疊片+軟包形態(tài)，有望成為半固態(tài)電池、固態(tài)電池的主要封裝工藝路線。

疊片工藝突飛猛進，解決軟包電池的后顧之憂

動力電池制成工藝可分為卷繞和疊片兩種，其中圓柱以卷繞為主，方形和軟包雖然都適用卷繞和疊片，但目前方形仍以卷繞為主。

（來源：我的電池網(wǎng)）

疊片是將正負極極片按一定尺寸裁切，然后將正負極片、隔膜交替疊合成電芯。

從電芯性能上看，疊片制成的電芯更為出色。與卷繞不同，疊片工藝的原理決定了電芯的正負極片和隔膜不會在制造過程中發(fā)生彎曲，能夠充分展開堆疊在一起。這不僅能減少電芯內阻、提升電芯功率，更重要的是，平整穩(wěn)定的界面讓極片能夠同步收縮膨脹，讓變形和電場變得均勻，使得電芯內部電子移動更容易，從而實現(xiàn)更快的充放電速度。因此，在相同體積下，疊片電芯的能量密度較卷繞要多約5%，并且具備更長的循環(huán)壽命。

除了性能外，疊片電芯的安全性也更好。以孚能科技的軟包疊片電芯為例，其針刺實驗能夠無明火甚至無煙，表現(xiàn)出高度的安全性。其中的奧秘就在于卷繞電芯主要是沿卷軸方向散熱，加上卷繞層數(shù)較多，其傳熱散熱的效果都不理想；疊片電芯憑借較少的極片堆疊層數(shù)和更大的表面積，傳熱散熱效果明顯，電芯熱穩(wěn)定性得到增強。

但相較于卷繞，疊片需要將極片與隔膜裁切成片，不僅工序上更為繁瑣，且裁切過程中容易出現(xiàn)斷面、毛刺等問題，影響極片分切的良率；單位面積內的疊片效率低于卷繞，故需要多工位疊片，設備資金投入更多。成本問題，成為軟包疊片電池市場發(fā)展的枷鎖。

不過，隨著方形電池制造由卷繞向疊片工藝轉向的自我革命，將加快疊片技術和效率的提升，降低疊片電池制造成本，從而也為軟包電池的未來提供了更大的拓展空間。

日前，蜂巢能源對外發(fā)布了應用于方形電池的第三代疊片工藝--飛疊技術，已經(jīng)媲美卷繞工藝效率；比亞迪已經(jīng)在刀片電池領域廣泛采用疊片工藝，逐步摒棄卷繞工藝；孚能科技軟包電池疊片效率已經(jīng)達到0.12秒/片，效率與方形、圓柱電池的卷繞工藝不分伯仲。除此之外，億緯鋰能、遠景動力、欣旺達、中創(chuàng)新航等電池企業(yè)的方形電池制造也將逐步采用疊片工藝路線。

（來源：蜂巢能源）

設備端，國產(chǎn)疊片設備效率和規(guī)模也在快速突破。光大激光表示，其開發(fā)的單片疊片機，三工位疊片效率已經(jīng)達到 0.15-0.233秒/片；多片疊片機，雙工位疊片效率已經(jīng)達到0.12-0.2秒/片。另外，先導智能、利元亨、贏合科技、海目星、吉陽智能等設備廠商疊片設備效率也已經(jīng)接近或媲美卷繞效率。

目前，主流電池企業(yè)均有疊片電池技術路線規(guī)劃，在方形電池轉向大尺寸、軟包技術突破和半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化趨勢下，疊片工藝已經(jīng)被認為是未來主流方向。

參考資料：

1、證券時報，《寧王”再放大招！新電池“更高、更快”，還能“上天”！》

2、電池中國網(wǎng) ，《半固態(tài)+疊時代 軟包電池正迎來“新時代”》

3、東吳證券，《新能源汽車長期趨勢愈發(fā)確立 寧德時代的凝聚態(tài)電池如何改變行業(yè)？》

4、國聯(lián)證券，《重磅發(fā)布凝聚態(tài)電池，踐行零碳發(fā)展戰(zhàn)略》

5、我的電池網(wǎng)，《為什么疊片更具優(yōu)勢？孚能科技將發(fā)布全新動力電池解決方案》

6、證券之星，《因創(chuàng)新而前進 蜂巢疊片再提速》

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）

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