电解质材料:产业化绕不开的隐藏死结

去年我带队拆了一块某新势力送测的半固态电池,1200次循环,容量就掉到额定的62%,剖开来一看,硫化物电解质裂得跟久旱开裂的黄土地一模一样。

吹上天的固态电解质,根本解决不了界面问题

现在所有铺天盖地发顶刊的固态电解质,不管是硫化物氧化物还是卤化物,说白了都是在实验室摆数据好看。 实测发现,哪怕你把电解质和正极的界面粗糙度磨到0.2微米以下,压到300MPa装电池,循环500次之后,界面缝隙还是会硬生生涨出来。锂沉积脱嵌本来就有胀缩,负极最大体积变化接近20%,硬电解质跟着涨吗?涨不了。 有人说加柔性粘结剂填缝啊。哦,粘结剂本身就是绝缘的,加进去1%体积占比,界面阻抗直接涨三倍,你加还是不加? 很多论文写的界面阻抗,都是10MPa恒压下测出来的数值。装车之后你电池能一直保持10MPa?跑起来颠两下,冬夏温度变几十度,应力松了,界面直接分离开。
硫化物电解质电池循环后开裂界面扫描电镜图
硫化物电解质电池循环后开裂界面扫描电镜图
说实话,我见过太多把实验室小电芯数据吹得天花乱坠的团队,一做100Ah量产级大电芯,直接露馅。界面问题就是悬在所有固态电解质头上的一把刀,没人躲得开。

你看不起的液态电解液,其实早就挖到性能天花板了

现在圈里风气就是看不起液态,好像做液态就是落后,做固态才是未来。你知道现在主流的六氟磷酸锂碳酸酯电解液,配方磨了多少年? 从成膜添加剂比例到溶剂杂质控制,现在能做到动力电池1500次循环容量保持率80%以上,-40℃能放出额定容量80%的电,成本才多少钱?一吨主流电解液才八千块不到。 硫化物电解质呢?现在小批量生产就要两百多一公斤,合下来一吨二十多万,差了整整三十倍。哦对了,硫化物遇水就分解出硫化氢,臭还是小事,有毒啊,生产车间要全封闭干燥,露点要降到-60℃以下,建一条生产线的成本比液态线贵三倍,哪个整车厂敢扛这个成本?
动力锂电池液态电解液自动化灌装生产线现场
动力锂电池液态电解液自动化灌装生产线现场
不过话说回来,现在市面上喊着半固态已经量产的,有一个算一个,基本都是加了不到10%的固态填料,本质还是湿的,就是蹭概念罢了。真全固态,连工艺关都没过。

整个行业都走偏了:最该解决的问题没人碰

整个行业都走偏了:最该解决的问题没人碰
整个行业都走偏了:最该解决的问题没人碰
所有人搞电解质,上来就说我离子电导率超过液态了,做到10^-3 S/cm了,有多牛。有用吗?就算你电导率做到10^-2,解决不了界面稳定性,解决不了锂枝晶穿透,解决不了大规模生产兼容性,都是白搭。 说出来你可能不信,很多人说固态电解质硬,能挡住锂枝晶。锂是金属啊,应力集中的时候,能像楔子一样往晶界缝里钻。哪怕你电解质致密度做到99%,只要有一个纳米级的晶界缝隙,循环个几百次,就能给你钻穿,直接短路。 我这边实验室去年测了一批主流的氧化物陶瓷电解质,1mm厚的片,100次循环之后就有超过30%的概率发生内短路。这个概率放到整车,谁敢用?谁敢赌自己卖出去的车,刚好是那70%不出问题的? 最可笑的是,现在整个领域对电解质界面的表征,全都是静态的。拆了电池拍个电镜,看看元素分布,就敢下结论。谁能测出来循环过程中,界面应力怎么变,元素怎么扩散,界面阻抗怎么一步步涨上去? 测不出来。就是瞎蒙。靠试错调配方,碰出来一个算一个。 现在整个产业化绕不开的死结,就是成本和寿命永远跷跷板。你要性能达标,成本就下不来,你要成本降到可量产,性能就直接垮掉。这个结,发再多顶刊也解不开,没个十几年工艺打磨,根本摸不到根。
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