鋰電池產業(yè)正處于新舊技術迭代的關鍵時期,而高能量密度與高安全性的兼顧,始終是驅動行業(yè)發(fā)展的核心邏輯。
長期以來,能量密度被視作電池技術創(chuàng)新的首要驅動力,然而,高能量密度電池體系伴生的安全風險,則成為決定其商業(yè)化成敗的瓶頸。
今年4月,中國動力電池新國標正式發(fā)布,對電池提出了“絕對安全“的強制性標準。工信部亦在其《2025年汽車標準化工作要點》中明確要求加快固態(tài)電池等標準的研制。
這些政策導向均凸顯了安全性的核心地位,表明在追求更高能量密度的同時確保高安全是固態(tài)電池規(guī)?;瘧玫南葲Q條件。高安全標準,顯然正成為驅動電池技術革新的關鍵因素。
與此同時,電池固態(tài)化在提升能量密度與安全性上的雙重潛力,正推動其應用從特定領域向廣闊的泛能源生態(tài)系統延伸。
當前,全固態(tài)電池仍在努力攻克核心技術和成本難題,而半固態(tài)和準固態(tài)電池已悄然在消費電子、高端新能源汽車、eVTOL飛行器以及儲能等細分市場嶄露頭角,其市場定位的逐步清晰亦在加速固態(tài)電池的產業(yè)化進程。
電池固態(tài)化的產業(yè)路徑當前主要存在兩種技術方向:一是固態(tài)電解質材料自身獨立成膜的“無基膜”方案;二是將固態(tài)電解質復合于基膜、極片或支撐骨架之上。
中國科學院物理研究所研究員李泓在近期行業(yè)會議上指出,當前主流固態(tài)電池生產工藝仍難以完全脫離基材支撐,純粹的自支撐方案在生產穩(wěn)定性和應用可靠性層面均面臨挑戰(zhàn)。
此判斷意味著,基于基材的固態(tài)電解質膜路線,在現階段或許更貼近產業(yè)化實際,有望在兼顧性能與可制造性的前提下,為固態(tài)電池的商業(yè)化落地提供一條更可靠路徑。
綜合以上背景,滄州中孚新能源科技有限公司研發(fā)的薩拉弗凝膠電解質膜獨辟蹊徑。
該膜通過材料和結構的協同創(chuàng)新,旨在實現電池的原位固態(tài)化,從而在提升安全性的同時,兼顧高能量密度,為現有液態(tài)電池體系提供一種直接且有效的升級路徑。
尤為值得關注的是,薩拉弗膜的應用場景廣泛,適應電池技術的持續(xù)迭代需求:不僅可用于增強現有液態(tài)三元電池的安全性,更能為下一代鋰金屬等高能量密度電池體系(目標能量密度≥500Wh/kg)的開發(fā)提供戰(zhàn)略性支持。
技術引擎:薩拉弗膜的材料革新與性能確證
中孚新能源指出,薩拉弗膜的成功,關鍵在于其對凝膠電解質隔膜材料的深度創(chuàng)新以及對孔道結構的精準調控,這兩者的有機結合共同構筑了產品的核心技術壁壘。
在材料層面,中孚新能源的技術重心體現為多種聚合物成分的巧妙共聚。通過特定的化學設計,如運用共價鍵合或引入陰離子捕獲劑等手段,形成穩(wěn)定的結構,將液態(tài)電解質穩(wěn)固地“錨定”在其間,最終實現高度的凝膠化。
凝膠電解質兼具了高分子材料的柔韌性、機械強度與傳統液態(tài)電解質較高的離子傳導特性。
在結構層面上,其多級嵌套式孔結構的設計,接近于液態(tài)的離子傳導,且具有陽離子選擇性,使鋰(鈉)離子遷移數接近理論值。
最終成型的凝膠電解質,可展現出5V以上的穩(wěn)定電化學窗口,使其能夠適配包括4.7V高電壓正極在內的多種材料。
此外,薩拉弗中凝膠化的化學作用及結構特性也確保了其在高低溫緩解中的穩(wěn)定性,尤其是在低溫環(huán)境中,相應電池性能明顯優(yōu)于傳統的液態(tài)電池。
為了提升機械性能,中孚新能源開發(fā)了一種特殊成膜工藝,在膜材內部引入其稱為“Pillar效應”的微觀結構。
此類結構旨在顯著增強膜的力學性能,使隔膜在受力時應力耐受性與應變延展性同步提升。最終不僅改善了隔膜的加工性和耐用性,也為受力狀態(tài)下離子導電穩(wěn)定性創(chuàng)造了條件。
更進一步,其均勻規(guī)整的孔道結構以及可調控的界面特性,使得薩拉弗膜在與金屬鋰負極匹配時也表現出明顯優(yōu)勢,能夠支持鋰金屬電池的長期穩(wěn)定循環(huán)。
上述系統性創(chuàng)新在保障優(yōu)異的電化學性能的前提下,最終體現為薩拉弗膜的綜合性能。
首先是安全性方面,材料原生阻燃性、高延展性及化學穩(wěn)定性構筑了第一道防線。
測試數據顯示,薩拉弗膜在180℃高溫處理1小時后,熱收縮率仍能控制在3%以內。將其應用于準固態(tài)電池,在彎折、對折、1-5mm鋼針穿刺及剪切等濫用條件下,據稱仍能維持安全供電。
特別是在高鎳9系三元電池的穿刺實驗中,針刺后未見明火或電解液噴濺,電芯溫升極微,電壓穩(wěn)定。175?oC熱箱測試中,其熱失控觸發(fā)溫度升至175℃,遠超國標對三元電池的130?oC要求。
高能量密度適配性上,薩拉弗膜采用非對稱界面設計,旨在優(yōu)化與高比容量正負極材料的界面兼容性,為開發(fā)≥500Wh/kg的先進電池體系提供材料支撐。
循環(huán)與倍率性能方面,以磷酸鐵鋰體系為例,薩拉弗膜的離子電導率較傳統PE隔膜提升1.16-1.5倍,循環(huán)穩(wěn)定性可媲美成熟商用液態(tài)電池。
三元電池體系中,常溫3C循環(huán)1000次后,容量保持率>80%;鐵鋰電池體系中,2C循環(huán)1400次后,容量保持率仍高達92%。
綜上可以看出,中孚新能源的技術壁壘與核心優(yōu)勢主要體現在以下三大維度:
一是材料體系的復合調控與協同創(chuàng)新:其技術實力并非源于單一環(huán)節(jié)的突破,而是建立在對凝膠電解質材料的深度理解與持續(xù)創(chuàng)新,以及對多孔隔膜微觀結構的精密調控能力之上。更為關鍵的是,公司展現了將這兩大核心技術進行高效協同與系統集成的能力。
二是全產業(yè)鏈的自主覆蓋能力:從上游核心原材料的篩選與改性,到中游高性能凝膠電解質膜產品的規(guī)?;a工藝開發(fā),最終到下游特定應用的驗證與適配,中孚新能源形成了較為完整的技術閉環(huán)。
三是技術的平臺化特性與應用延展性:薩拉弗膜不僅可以賦能并提升現有液態(tài)電池體系(尤其是三元電池)的安全性和循環(huán)性能,更能為下一代高能電池體系(如鋰金屬電池,鋰燃料電池等)的開發(fā)提供關鍵材料支撐,展現出對多樣化正負極材料體系的廣泛兼容性。
這種技術布局也進一步體現出戰(zhàn)略意義,能夠支持公司在不同技術路線和應用場景中進行布局,催生跨領域的協同效應,從而為構建多元化的營收結構和開辟新的業(yè)績增長點奠定堅實基礎。
據了解,中孚新能源的技術起源于知名高校新能源材料團隊的長期研發(fā)合作,雙方聯手攻關,在材料、結構、工藝、電化學等全部技術環(huán)節(jié)取得了豐富的創(chuàng)新成果與技術積累。目前,雙方的聯合科研團隊持續(xù)開展全方位的深度合作,為將來的技術發(fā)展提供持續(xù)不斷的源頭動力。
市場藍圖:薩拉弗膜的產業(yè)化進程與競爭優(yōu)勢
薩拉弗膜的產業(yè)競爭力不僅在于其技術創(chuàng)新的先進性,更體現在其對市場需求的精準洞察、對工藝路線優(yōu)化的持續(xù)探索以及積極構建的產業(yè)鏈協同能力——該膜產品已實現了與傳統液態(tài)電池產線的“零改造”對接,及與傳統液態(tài)電池工藝的“100%兼容”,這為其快速切入市場奠定了重要基礎。
在核心工藝路線方面,薩拉弗膜的制造依托于一種高精度3D一體化連續(xù)成膜技術,能更好地保證電解質的均勻分布和界面的穩(wěn)定性。
此外,相關產線設計具備定制化調節(jié)能力,可通過調整孔徑、厚度等關鍵參數,在同一產線上滿足不同客戶及電池產品的差異化需求,在一定程度上能夠避免電池產線重復投資、優(yōu)化資本配置效率。
同時,薩拉弗膜在成本控制方面也展現出多重優(yōu)勢。
其一,無需額外的隔膜涂層。傳統濕法隔膜通常需要涂覆氧化鋁或芳綸等材料以提升熱穩(wěn)定性,而薩拉弗凝膠聚合物膜本身即具備優(yōu)良的阻燃性和高機械強度,理論上可省去這部分涂層材料及生產成本。
其二,有望降低電解液用量。凝膠電解質通過高分子網絡的鍵合作用來原位固化電解液,相比純液態(tài)體系可減少自由態(tài)電解液的用量,從而降低電解液成本及潛在的氣化和泄漏風險。
其三,通用性較強。中孚新能源的薩拉弗膜設計上可適配鋰金屬負極、硅碳負極、富鋰錳基正極等多種高能量密度電極體系,這有助于減少針對不同電池體系分別開發(fā)專用隔膜的研發(fā)投入和生產換型成本。
具備了上述工藝特點和成本潛力的薩拉弗膜,其市場接受度正逐步得到驗證。
據了解,薩拉弗膜已經成功通過了行業(yè)頭部企業(yè)的1000次循環(huán)壽命基準測試,并在零下40攝氏度至60攝氏度的寬溫區(qū)內完成了關鍵性能指標的驗證。
與之相對應的是產能規(guī)劃上的進展,中孚新能源已計劃于2025年內實現年產1億平方米薩拉弗膜的生產能力,對應約6GWh電池生產的配套需求。公司預計,2025年年底可實現部分規(guī)格產品的出貨。
展望至2026年,公司計劃將年產能大幅提升至15億平方米,以充分應對未來市場的快速增長和核心客戶的批量需求。
為進一步提升競爭力,公司將定制化服務置于核心地位,針對不同客戶對電池性能、應用場景的獨特需求,提供精細化的解決方案。
對于未來應用場景的拓展,公司亦有明確的時間規(guī)劃:預計在2024至2026年間,薩拉弗膜將主要聚焦于3C電子產品、動力電池以及120C超級電容器等領域;進入2027至2028年,則計劃戰(zhàn)略性地向需求體量更為廣闊的大規(guī)模儲能市場滲透。
結語:
隨著全球固態(tài)電池技術日益臨近大規(guī)模產業(yè)化,材料創(chuàng)新與工藝適配之間的緊密雙向協同,已成為決定企業(yè)最終能否在激烈市場競爭中脫穎而出的核心要素。
中孚新能源顯然正致力于通過整合其在材料技術、產品工程化能力以及生產工藝方面的協同創(chuàng)新,來構建和鞏固其可持續(xù)的長期競爭優(yōu)勢。
綜上來看,面對鋰電產業(yè)高安全與高能量密度的雙重挑戰(zhàn),中孚新能源憑借薩拉弗膜在固態(tài)電解質與隔膜技術上的協同創(chuàng)新,展現了其獨特的解題路徑,力圖在新舊電池技術迭代中占據關鍵生態(tài)位。
其后續(xù)能否高效地將此技術優(yōu)勢轉化為市場競爭力,有效平衡生產成本與規(guī)模化,并最終獲得產業(yè)鏈的廣泛認可,將是決定其產業(yè)地位及未來價值的核心所在。
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