中国粉体网讯 在今年的上海车展上，宁德时代发布了里程碑式产品--凝聚态电池，能量密度最高可达到500Wh/kg，不仅可以应用到电动汽车上，未来还会应用到民用电动载人飞机等领域。
凝聚态电池（来源：宁德时代）
从凝聚态电池封装形式上看，现阶段将采用软包和方形两种形态。这对于一直主打方形封装的宁德时代来说，或许意味着其已经储备软包技术，也看好软包在凝聚态这种下一代电池领域的应用空间。
在宁德时代发布凝聚态之前，东吴证券报告指出，第一代凝聚态电池或采用原位聚合工艺。相比传统液态电池，第一代凝聚态电池电解液无较大变化，额外加入3-5%的胶黏剂（推测为环氧乙烷，为原位聚合单体，预封装后通过60-80℃加热进行固化，使单体聚合形成PEO），增加聚合物+氧化物复合电解质，其中PEO聚合物以框架网络形式填充，氧化物使用LATP材料，以隔膜涂覆+正极包覆形式添加。此外负极从石墨体系升级到预锂化的硅基负极，正极仍使用高镍811材料，隔膜仍保留并涂覆固态电解质涂层，封装方式可采用卷绕/叠片+方形/软包的方式。
第二代凝聚态电池或升级锂金属/锂复合负极，或需使用LLZO/LLZTO固态电解质。相比传统液态电池，第二代凝聚态电池变化较大，其中电解液的使用大幅减少，增加对锂金属稳定的LLZO/LLZTO氧化物电解质（含锆），正极采用高镍高电压/超高镍9系/富锂锰基，负极使用锂金属/锂复合负极，隔膜保留并涂覆固态电解质涂层，封装方式主要采用叠片+软包的方式
（来源：东吴证券）
国联证券研报也持相同观点，其认为，宁德时代第一代凝聚态电池方案或采用原位聚合工艺，在8系高镍三元及高硅负极体系内引入胶黏剂（PEO或VC等）加引发剂形成凝胶状电解质，使用常规锂盐及电解液并添加LiFSi或LiTFSi，保留隔膜并在隔膜涂覆固态电解质（LATP或LLZO）。
“而二代产品在此基础上或采用超高镍或富锂锰基正极搭配锂金属或锂复合负极并大幅减少电解液使用量，并且在封装方式上可能革新为叠片软包的方式。”上述研报表示。
凝聚态电池属于半固态电池？
与目前的三元锂电池和磷酸铁锂电池相比，凝聚态电池有着“更高”和“更快”等优势，前者是指能量密度，后者是指充电速度。
凝聚态电池经特殊界面设计将电解液束缚在高分子网络结构中，形成了兼具优良力学稳定性和离子传输性能的凝胶态，拥有更佳的动力学、安全性及可靠性。
从宁德时代披露的资料来看，目前凝聚态电池很可能是一种半固态电池，它的电解质是凝胶状态，含有液态成分，没有流淌性而具有很强的粘附性，避免了液态电池的热失控，提升了安全性。除此之外，在能量密度和充电速度方面都比液态电池有所提升。与全固态电池相比，凝聚态电池依然属于过度性产品，在能量密度与安全性上依然逊色不少。
半固态电池吹响软包电池翻身的号角
相较于方形、圆柱电池，软包电池在很长一段时间在成本方面并不占优势。究其根源，主要是软包电池使用的叠片工艺，过去很长一段时间叠片效率不及卷绕工艺，使得软包电池的规模制造成本高于方形、圆柱电池。在电动汽车普遍降本的形势倒逼下，采用叠片的软包市场拓展一直不温不火，尤其在国内，市占率不足10%。
但是，软包叠片效率低的痛点一旦解决，其制造成本有望与方形、圆柱电池较量，届时，软包电池的高能量密度、高安全性、长循环寿命和灵活设计优势就会成为加分项，成为车企和消费者的优先考虑选项。
而被视作全固态电池的过渡路线的半固态电池通常采用软包+叠片封装工艺，中后道工序变化大，不需注液。从目前已经可量产半固态电池企业如孚能科技、国轩高科、赣锋锂电、卫蓝新能源等企业来看，均采用了叠片+软包的路线。此外，比亚迪在混动领域推出的刀片电池，其电芯也采用了叠片电芯+铝塑膜包裹，即多个裸电芯经铝塑膜包裹后，串联在一个方形铝壳内。叠片+软包形态，有望成为半固态电池、固态电池的主要封装工艺路线。
叠片工艺突飞猛进，解决软包电池的后顾之忧
动力电池制成工艺可分为卷绕和叠片两种，其中圆柱以卷绕为主，方形和软包虽然都适用卷绕和叠片，但目前方形仍以卷绕为主。
（来源：我的电池网）
叠片是将正负极极片按一定尺寸裁切，然后将正负极片、隔膜交替叠合成电芯。
从电芯性能上看，叠片制成的电芯更为出色。与卷绕不同，叠片工艺的原理决定了电芯的正负极片和隔膜不会在制造过程中发生弯曲，能够充分展开堆叠在一起。这不仅能减少电芯内阻、提升电芯功率，更重要的是，平整稳定的界面让极片能够同步收缩膨胀，让变形和电场变得均匀，使得电芯内部电子移动更容易，从而实现更快的充放电速度。因此，在相同体积下，叠片电芯的能量密度较卷绕要多约5%，并且具备更长的循环寿命。
除了性能外，叠片电芯的安全性也更好。以孚能科技的软包叠片电芯为例，其针刺实验能够无明火甚至无烟，表现出高度的安全性。其中的奥秘就在于卷绕电芯主要是沿卷轴方向散热，加上卷绕层数较多，其传热散热的效果都不理想；叠片电芯凭借较少的极片堆叠层数和更大的表面积，传热散热效果明显，电芯热稳定性得到增强。
但相较于卷绕，叠片需要将极片与隔膜裁切成片，不仅工序上更为繁琐，且裁切过程中容易出现断面、毛刺等问题，影响极片分切的良率；单位面积内的叠片效率低于卷绕，故需要多工位叠片，设备资金投入更多。成本问题，成为软包叠片电池市场发展的枷锁。
不过，随着方形电池制造由卷绕向叠片工艺转向的自我革命，将加快叠片技术和效率的提升，降低叠片电池制造成本，从而也为软包电池的未来提供了更大的拓展空间。
日前，蜂巢能源对外发布了应用于方形电池的第三代叠片工艺--飞叠技术，已经媲美卷绕工艺效率；比亚迪已经在刀片电池领域广泛采用叠片工艺，逐步摒弃卷绕工艺；孚能科技软包电池叠片效率已经达到0.12秒/片，效率与方形、圆柱电池的卷绕工艺不分伯仲。除此之外，亿纬锂能、远景动力、欣旺达、中创新航等电池企业的方形电池制造也将逐步采用叠片工艺路线。
（来源：蜂巢能源）
设备端，国产叠片设备效率和规模也在快速突破。光大激光表示，其开发的单片叠片机，三工位叠片效率已经达到 0.15-0.233秒/片；多片叠片机，双工位叠片效率已经达到0.12-0.2秒/片。另外，先导智能、利元亨、赢合科技、海目星、吉阳智能等设备厂商叠片设备效率也已经接近或媲美卷绕效率。
目前，主流电池企业均有叠片电池技术路线规划，在方形电池转向大尺寸、软包技术突破和半固态电池产业化趋势下，叠片工艺已经被认为是未来主流方向。
参考资料：
1、证券时报，《宁王”再放大招！新电池“更高、更快”，还能“上天”！》
2、电池中国网 ，《半固态+叠时代 软包电池正迎来“新时代”》
3、东吴证券，《新能源汽车长期趋势愈发确立 宁德时代的凝聚态电池如何改变行业？》
4、国联证券，《重磅发布凝聚态电池，践行零碳发展战略》
5、我的电池网，《为什么叠片更具优势？孚能科技将发布全新动力电池解决方案》
6、证券之星，《因创新而前进 蜂巢叠片再提速》
（中国粉体网编辑整理/长安）
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