5月16日至17日,国轩高科举办2025全球科技大会。本次大会上,国轩高科集中发布六款电池等新品,包括目前已经进入预量产阶段的金石全固态电池,以及续航达1000公里的G垣准固态电池,可连续使用12年的G行重卡标准箱、全球首款单舱20MWh的储能系统等全新电池产品。
同时,国轩高科宣布,首条全固态实验线正式贯通,设计产能达0.2GWh,实现100%的核心设备国产化率,100%线体自主开发率。通过高精密涂布等关键技术,实现了高达90%的良品率。历经365天极限验证,金石电池单体容量提升150%,预紧力下降90%,顺利通过针刺、热箱、外短、过充、挤压等安全测试,综合性能全方位提升。此前,金石产品已开启装车测试。
除了金石全固态电池,国轩高科此次还首次发布了G垣准固态电池。致力于打破续航焦虑与“安全魔咒”的对立难题,以300Wh/kg的能量密度,将纯电轿车的续航里程推至1000公里。其固态化设计为电池穿上‘纳米级防弹衣’——即使3mm钢针穿刺,依然保持‘不起火、不爆炸’的绝对安全,构筑起动力电池的“安全护城河”。
国轩高科首席科学家朱星宝在发布仪式上透露,国轩高科已规划建设12GWh准固态电池产线,“搭载G垣准固态电池的‘001’号样车总里程已经超过一万公里 ”。
半固态与全固态“两条腿走路”
从布局来看,国轩高科实现半固态与全固态“两条腿走路”。
朱星宝坦言,此前,国轩虽然储备了三元电池的研发技术,但没有大规模投入,错失了三元时代机会。
“当半固态和全固态技术来临的时候,我们重新评估了技术路线。不论哪种技术,都可以把三元电池的短处补上,兼容长续航、高安全的性能特点。这种情况下,两条路线都要走。”朱星宝说,近几年,半固态电池可以相对快速落地推向市场。对全固态电池来说,目前还在成长初期,需要有一定的时间和空间来发展。
朱星宝也抛出了一个业内关注的话题:固态电池概念已经说了很多年,安全又长续航,为什么没有大规模推向市场?
在来国轩高科之前,朱星宝在高校工作,他也好奇,固态电池就差临门一脚,企业为什么搞不出来;到了企业才发现,其实不容易。
他介绍,真正的固态电池,是离子传输方式的根本改变。单纯减少电解液很容易做到,但真的安全吗?如果上了高镍体系后,基本的国标测试可以过吗?等等,还面临一系列挑战。
一条半固态产线的改造,表面上可能只需要改动3%到5%,但真正改造则发现,很多需要增加或替换,而且整个过程都是在试探摸索,“大家也听到过1000公里的半固态推向市场,但良品率可能只有40%”。
“既要解决科学问题,又要解决技术问题,还要可以盈利,是一个非常难的平衡,不仅是全固态很难,其实真正的半固态也不容易。”朱星宝坦言,目前国轩的二代半固态电池已经开始导入更高的克容量体系,但可能面临稳定性更差、安全风险更高等问题;只有大的国际客户和比较大的车可以上1000公里的电池。更夸张的是,有3.5吨的车也要求要跑1000公里,其实现在也能做到。预计今年将有多家车企会公布国轩的准固态上车消息。
全固态电池研发负责人潘瑞军补充介绍,距离全固态电池真正量产还早,国轩走得稍微快一点。现在不管国内还是国际,业内能做全固态的基本都还是手工。去年,国轩首次发布了金石全固态电池,在过去的一年里,着力打造全固态实验线,实现了0.2GWh产能,这个进展对全固态来说是质的飞跃。
“这个跨越过程是非常艰难的,涉及很多关键设备的开发。”潘瑞军说,全固态制造工艺和液态电池差异很大。刚开始时,大家都想做全固态,但是能量密度提高后,安全性会下降。于是国内很多专家逐渐转向半固态电池,因为可以沿用液态锂电池的生产设备。
此外,半固态电池可以更好量产,并解决相对高能量密度高的安全问题。铁锂能量密度约在200-250Wh/kg之间,三元则是250-300Wh/kg左右,半固态可以沿用原来的工艺,通过材料和设备的微调,即可实现350-360Wh/kg的能量密度。而全固态电池的出现就是要解决高能量密度的安全问题,我们先做到350Wh/kg,再逐步通过材料和工艺的迭代,来保证各方面的正常,提高安全性能。国轩高科其实是半固态电池和全固态电池的双重布局。
数智化解决量产难题
国轩高科工研总院数字工程院院长徐嘉文则阐述了工业AI智能体的必要性。
他曾经从头到尾走过一遍国轩的工厂,从粉末到装车,整个电池产线的距离大约有1万到2万步,其中涉及的工序有上百个,一条线的设备投资超过10亿元。
“这么长的区间,我们是在做绣花针工作。”徐嘉文说,电池一开始都是固体,要变成液态,再变成固体,还涉及多物理场问题,大量设备和人员24小时不停生产,产品缺陷率控制在PPM(百万分之一)、PPB(十亿分之一)的级别,仅靠工人的责任心和技能并不靠谱。
他认为,关键在于借助数智力量,比如毛刺问题就是电池的“癌症”。如果辊切阶段有一个肉眼看不到的毛刺,意味着这一卷可能会产生高风险电池,因此要找到出毛刺的原因,可能是张力控制不佳,也可能是来料的一致性存在波动,光产生毛刺就有37个影响因子。通过算法动态预测毛刺生成概率,主动匹配最优参数组合,从源头阻断毛刺产生路径。
500Wh/kg级航空锂电池即将立项
当下,越来越多电池企业也在加速布局人形机器人、低空经济等未来产业。此次发布会,国轩高科业提到一个重要目标,加快布局新能源通用航空动力技术和装备,推动400Wh/kg级航空锂电池产品投入量产,实现500Wh/kg级航空锂电池产品应用验证。
朱星宝透露,500Wh/kg级航空锂电池已经有了样本,这个新一代技术将在今年6月于工研总院正式立项。
他指出,低空经济和人形机器人未来都将是万亿级市场,既需要高能量密度,也需要高倍率的性能。如果500Wh/kg要运用到低空飞行器上,需要用空间换取时间,而要真正实现则两方面有突破:一是抑制锂枝晶生长,二是换取更高的功率性能。
面对应用过程中的发热问题,朱星宝介绍,有两个解决思路:一个思路是,从目前G垣准固态的角度看,其发热量和正常的液态电池相比,并不算太高,发热量一个关键点是电阻,如果电阻很高,发热量肯定很大;如果倍率越高,电流越大,发热量越大,如果有一个科学方案,既可以提升倍率,又可以把内阻降下来,发热量就可以控制在一定范围之内。
另一个思路则涉及新的BMS开发问题,目前针对G垣或者高比能大容量的电池已经在开发新一代BMS。
南方+记者 郜小平
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