随着全球能源结构转型和新能源汽车等产业储能需求提升,“续航焦虑”问题不断推动行业技术边界拓展,呼唤电池能量密度升级。作为新一代动力电池的重要技术路线之一,我国自主研发锂金属电池近日实现规模化量产。业内人士认为,我国电池行业正迎来风口期,500Wh/kg的高能量密度锂金属电池在电动航空应用领域正在逐步成熟,未来在新能源汽车产业的应用也值得期待。

储能需求带动创新

今年上半年,我国新能源汽车市场持续火爆,完成销量259万辆,同比增长117%,累计渗透率超过22%。

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这也带来了动力电池需求量同比高增。截至7月,国内动力电池年内累计装车量134.3GWh,同比增长110.6%。与此同时,电子产品、电动工具以及航空等领域的电动化发展,对电池的装载重量、安全性能、能量密度等都提出了更高的要求。

专家认为,能源存储问题的解决是加快新能源利用的重要前提,未来我国动力电池及其相关行业的发展对于促进我国实现能源转型,实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义,我国电池行业正迎来风口期。

过去几十年,我国电池体系经过多次迭代,目前三元锂电池、磷酸铁锂电池、钠离子电池、燃料电池,以及近期实现规模化量产的锂金属电池“百家争鸣”,各条路线在低电池成本、高循环寿命、充放电效率、高安全、高能量密度等性能方向发力。工业和信息化部数据显示,2021年,中国三元锂电池、磷酸铁锂电池单体能量密度分别平均达到280Wh/kg、170Wh/kg,相比2012年,动力电池单体能量密度提高超过220%。

我国锂电池材料国内供给充足、供应链完整,锂电池凭借其优异性能仍是全球电池体系的主导。随着各方资源在锂电池领域的研发投入实现进展,锂金属电池等新技术及材料逐步具备产业化的可能。

清华大学教授张跃钢认为,锂是自然界最轻质的金属元素,为提升锂电池能量密度,负极技术路线会经历从石墨到硅碳,再到金属锂的发展趋势,锂金属电池将是高能量密度电池的“终极目标”。

“锂金属电池采用纯金属锂作为负极,具有超高的理论比容量和极低的电势,这使锂金属电池有望将电动汽车的续航里程提升一倍以上,是当前电池行业创新突破性技术的重要发展方向。”张跃钢说。

自主研发不断突破

金属锂的活性极强,作为电池负极在安全性方面技术挑战很大,导致全球在锂金属电池技术的研发长期停留在实验室阶段。

在这方面,安徽盟维新能源科技有限公司在研发生产领域取得了突破。通过采用功能化电解液有效解决关键安全问题,可批量提供500Wh/kg锂金属电池产品。2022年6月,公司批量交付的第三代METARY Exx产品在临近空间环境的低气压宽温差工况下的测试数据表现优异,将被批量应用于新一代电动航空飞行器。

近日,盟维科技位于合肥经开区的锂金属电池自动化制造线及z21创新实验室正式启用,实现了锂金属电池从实验室阶段(TRL3)到批量商业化交付阶段(TRL6-8)的突破。业内人士认为,这标志着我国自主研发新一代动力电池技术企业在规模化量产道路上实现重大进展,也说明我国在500Wh/kg高端能量型动力电池产品的批量交付方面居于领先位置。

盟维科技联合创始人兼CEO周莉莎表示,盟维科技从基础材料、电芯工艺、制造设备、结构设计四大关键环节对锂金属电池进行持续系统性创新研究,完成了锂负极保护、阻燃电解液、隔膜修饰等一系列关键技术的创新突破,有效抑制了负极锂枝晶的生长,大幅提高了金属锂负极的稳定性。目前,600Wh/kg的新型超高能量密度锂金属电池原型样品在公司创新实验平台已顺利完成验证。成本方面,虽然处于产业化初期的锂金属电池与现有大规模生产的传统锂离子电池相比成本略高,但随着未来技术进步和规模化应用推进,成本将被逐步摊薄并继续下探。

市场主体积极布局

业内人士普遍认为,谁掌握了下一代电池科技,谁就有机会在未来的电动汽车市场取得先机。当前,全球各大电池企业、整机车厂都在积极布局汽车动力电池。中国科学院院士欧阳明高表示,未来中国动力电池创新要从电池结构创新逐步发展到材料体系创新,未来10年,电池体系还将经历多次技术变革,在2035年前实现规模生产能量密度为500Wh/kg的下一代电池。

华控基金相关负责人也表示,锂金属电池重量更轻、能量更高、续航时间更长,随着其在航空应用中逐步成熟,通航及新能源汽车电池技术指标的要求也会趋同,预计在未来5至10年,锂金属电池可以在中短途商用电动航空中得到成熟应用,在新能源汽车的应用领域也非常值得期待。