固态电池并非绝对安全 锂金属电池离商业化还有多远？

“材料安全不代表电芯安全；电芯安全不代表系统安全，整个系统在A场景里面安全不代表同样在B场景也安全。”安徽盟维新能源科技有限公司联合创始人周莉莎在2024年中国电动汽车百人会之动力电池分论坛上表示。

作为一家锂金属电池企业，深知电池安全需要场景、标准和可靠性等多维度保障，而应用安全是高比能锂金属电池商业化的一个最基本的门槛。所以在锂金属电池商业化进程中，应用安全、能量密度、可制造性甚至循环等综合性能又该如何协调满足。周莉莎在本次论坛上给出了相关思考。

安徽盟维新能源科技有限公司联合创始人、CEO 周莉莎

下文为其演讲转化，存在部分删减与优化，供读者参考。

交通电动化的时代，动力电池产业不仅在水面、地面，已经广泛应用到低空甚至平流层、商业航天的领域。这两年在电动飞行汽车、电动通航飞机开始逐渐进入大家的视野。更高能、更安全、更具经济性的诉求也驱动电池技术不断去进步，尤其在2023年10月《绿色航空发展纲要》里明确提出把400Wh/kg级的电池投入量产，500Wh/kg级的电池明确列为关键技术方向。

面向未来实现400Wh/kg、500Wh/kg的突破，我们认为从电池的结构创新发展到材料体系的创新是一个必然的趋势。回到材料创新里面，从高比能的技术路线来看，电芯体系主要看正极、负极、电解液三个主材，目前最成熟的正极一定是三元，整个迭代方向在往高镍、超高镍或者富锂锰的方向发展。负极现在普遍锂离子使用最成熟的还是石墨体系，这两年随着技术的发展，行业各个头部企业也开始逐渐采用了一些添加3%—5%的硅碳体系。从未来的发展趋势上，负极方向势必从石墨到硅碳再往锂金属方向发展，锂金属电池体系可以说是高比能电池技术路线的终极解决方案。

回到基于锂负极的体系，盟维目前在产品级的方案使用了正极搭载三元，适配新型电解液，同时也在DRE创新实验室同步尝试在这个体系中搭配各种新兴材料，包括正极的富锂锰基，包括固态电解质。

锂金属电池作为颠覆性的技术，怎么真正落地去实现它的商业化？我们认为其实要回到整个市场需求的本质问题上来。什么样的锂金属电池是这个市场愿意使用和接受的，并且愿意为之付费买单的产品，这是我们一直思考的问题。可以说，我们讲技术创新，我们讲工程创新，都是为了去提升电池的性能指标，它是一种策略方式和手段。回到市场本质的需求，我想对于我们听到的声音就是，满足应用市场场景需要的综合性能指标，可以说是锂金属电池真正商业化的一个核心关键，在这方面简单谈几点，包括有能量密度的问题，应用安全的问题，可制造性甚至循环等综合性能。

能量密度势必是锂金属电池的优势，应用安全又是锂金属电池商业化的基本门槛，可制造性帮助批量生产验证出真正的锂金属产品在市场当中去验证的基本保障。再进一步提升循环，可以更多涉及成本经济性和场景拓展各方面的问题。

应用安全可以说是高比能锂金属电池商业化的一个最基本的门槛。什么安全视为安全？锂金属电池的应用安全性会涉及到三方面的问题要回答：场景、标准和可靠性。所谓安全一定要落地到场景当中谈安全，材料安全不代表电芯安全；电芯安全不代表系统安全，整个系统在A场景里面安全不代表同样在B场景也安全。应用安全一定要落地到具体的应用场景当中去讨论，在这个场景当中究竟什么样的安全标准是为之安全？做针刺、跌落、冲撞各种测试。第三个层面，真正要商业化，除了要去达到这些标准之外，需要一个大量的数据积累和可靠性的验证，才能够真正把锂金属商业化应用场景使用起来。

回到电池安全的保障方面是一个多维度的东西，首先科学研究，大量的学者做了非常多机理层面的研究积累，我们做产品的时候要考虑材料的稳定安全，电芯体系的安全，以及在管理层面要去主动和被动的安全设置，甚至标准法规的多个维度方面。聚焦到热失控管理方面，现在大家主要的研究会从热管理的被动安全，包括智能预警的主动安全，以及材料的本质安全三个方面进行热失控的抑制管理和预防。

再聚焦到材料层面，锂金属电池面临的安全挑战是什么？那就是锂枝晶生长所带来的短路诱发的风险问题。要解决这个问题，我们盟维在探索过程中发现它不是单一的问题，是一个系统化体系的视角。我们不仅做锂负极的保护，还要做电解液的适配，另外大家这两年集中用固态电解质的技术去解决它的安全问题。

接下来简单分享一下固态电解质在锂金属应用当中的一些验证和思考。

首先，我们在实验室里面发现，固态电解质在某些部分实验结构表明，全固态电池并不是一个绝对安全的东西，固态电解质仍然会发生热失控，搭载在锂金属电池体系以后，现有的固态电解质成熟技术，枝晶还会长，会导致电池的短路，存在热失控的风险。全固态电解质在锂金属电池当中的安全性或者失效机理还需要大家更深入地再去做研究。另外，固态电解质大家也介绍到，它的固固界面问题、极化问题，我们发现在锂金属电池体系里面，目前固态电解质还很难把锂金属电池的理论综合性能真正去发挥出来，相较于液态电解质的离子电导率存在数量级的数据。同时由于它的高位阻，导致我们做成的电芯demo里面的内部传输效率非常低，落到实际场景就会影响整个电芯的能量密度甚至是功率密度。固态电解质全固态电池在锂金属的应用需要业界同仁进一步突破，包括离子电导率包括材料和界面的稳定性一系列关键的科学问题。

盟维怎么做锂金属电池体系？目前采用的方案还是在用新型的阻燃电解液的体系来解决应用安全问题，在充放电的过程中发现，锂金属电池在开发过程中非常核心的一个点，你必须要做好SEI膜的组分和状态的调控。我们发现我们的新型电解液在锂金属电池体系形成很好的SEI，这个SEI的均一性和代表的强度，让锂金属在充放电过程中的沉积比较均一，有效抑制枝晶的生长。同时，我们添加阻燃电解液，用针刺模拟短路的过程中，锂金属电池依然可以保持稳定的安全性。再在机理上做了分析，用热失控的ARC测试结果，盟维的锂金属电池体系相较三元的锂金属，T1、T2温度有非常大的提升，热失控的起始温度T1温度相较于锂离子电池体系我们从800度提升到150多摄氏度。热失控的临界温度从200摄氏度提升到300摄氏度，热失控的起始和临界温度的调控，使得电芯层面的热失控几率大大减少。

另外一个层面，我们也会发现，SEI可以调整得很好，甚至大家会做一些人造SEI设计，锂电池真正充放电过程中发现SEI模式会破损，这个破损一旦发生之后，暴露出来的新锂持续跟电解液反应，这种快速的反应就会导致电解液的消解，电池就会循环失效，这就是最直观的循环寿命高的问题。我们的思路方案一方面做负极保护层的修饰，另一方面，我们也要让SEI层能够形成一个动态修护。锂金属整个体系从最开始的几圈到几十圈到现在的最长循环的锂金属电池体系在100% DOD的充放电条件下循环寿命是可以达到超过500圈循环。100%的DOD，我们发现我们的循环是在最极限100%的DOD条件下去测试，跟客户的沟通过程当中，我们发现客户说他们不需要100% DOD，尤其航空，通常建议里面一定会留30%，如果30%的条件下，我们的循环寿命还有非常高的进一步提升的空间。我们目前也在积极突破800甚至1000圈的循环。

可制造性方面，锂金属电池体系，锂是非常柔软的，在裁切过程中如何解决可制造性也是一大问题。盟维会自研生产和设备技术，目前可以做到无战绩的锂负极成型以及复合叠片工艺，都非常好地支撑了锂金属电池的批量化生产和供应。

盟维成立开始到19年推出42的锂金属电池以来，我们在2020年把能量密度提升到4500Wh/kg，2022年实现了500Wh/kg电池的批量交付之后，2023年有非常振奋的结果，我们已经实现了系统级的锂金属电池的电源整体能量密度超过400Wh/kg。在产品的技术层面，目前盟维的产品矩阵从以前的电芯，我们已经做到电源，从以前的小样做到了全尺寸的电芯，甚至是做到了电源系统的整个集成过程。我们在2023年陆续跟海内外的客户批量交付了我们的产品，完成了相关验证，其中某一位海外客户的无人机装载飞行可以体现我们的飞行时间延长了超过71.33%。

为了有效地保障客户的供应，我们在2022年将首创的锂金属自动制造线在2023年完成了全线系统智能升级，目前不仅能够完成整个电芯的数据监测和分工，同时也能够进行远程的控制，积极去促进海内外客户的产品交付。

整个市场应用方面在2023年盟维链接了全球的市场，为他们提供核心动力的解决方案和产品。任何一个新兴技术的发展到商业化一定会经历一个从技术驱动到市场驱动再到规模渠道的过程，而锂金属电池由于它的新兴性和特性，我们会认为它会优先在平流层无人机甚至工业无人机这样一些场景去得到应用。随着在市场当中实际场景的验证，会逐步地往电动汽车方面能够越来越成熟地走进大家的视野。

最后，整个行业的发展一定是离不开前沿技术的储备，甚至是行业标准的规范，在整个2023年，盟维陆续参与了整个行业的发展过程当中，我们在航空这块已经联合民航大学包括跟头部企业已经共同起草《航空用锂金属电池技术规范团体标准》，未来的发展我相信还离不开大家的合作以及整个行业的共同推动。