蜂巢能源电池日发布果冻电池：针刺不起火不冒烟
引言
上个周，有幸现场去参加了蜂巢的电池日。这次电池日主要从电池安全、技术路线和企业愿景等方面出发，把蜂巢这家新兴的电池企业对于锂电池技术的一些可能性梳理出来，给我们展现了一些不一样的东西。
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今年电池在应用安全方面遇到了很大的挑战，海外成熟的电池企业和车企都经历了大规模的召回，如SDI在BMW和福特PHEV电池，LG Chem在通用和现代的BEV电池。因此对于一个电池企业来说，长期的发展是需要围绕全生命周期的电池安全来做的，今年几乎所有电池企业的研发重点是热失控解决方案，在这里蜂巢取了一个叫冷蜂的名字，从4层控制热蔓延，材料、电芯、电池包和监控系统。而在“冷蜂”热失控系统解决方案中，基于无钴正极材料和电解液材料设计的果冻电池尤其值得一提。
蜂巢特别会取名字，这次给这款基于凝胶电解液的试制电池取了一个生动的名字叫“果冻电池”。据介绍，果冻电池有高电导、自愈合、阻燃等特点，能在几乎不降低电性能的同时阻止热扩散。
官方称，“果冻电池”的耐热温度提高至150°C，同时具备“自愈合”特性（简单理解，聚合物电解质即使用小刀划开，之后也能慢慢愈合，不留伤痕），并且在实验室样品满电针刺测试中，果冻电池可实现 “不起火、不冒烟、自愈合”。
图1 果冻电池
电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。 在电池的四大主材里面，电解液的使用必须配合正负极材料使用的，在2020年的关键词高电压正极材料和长寿命电池两个方向上面，电池企业都需要搭配使用合适的电解液。蜂巢这次提出的果冻电池，主要是基于凝胶型电解液，它可以与电极表面更好的贴合，从而使得导电性能更好，目前这种材料的电导率可以达到6×10-3 S/cm。这也是目前叠片的电芯技术演进中一种主要的技术。
图2 不同电解液的搭配
在锂离子电池中，电解液属于小成本大功效的组分，从多个维度影响电池的性能发挥。从目前来看，大家花大力气调整正负极材料，调整隔膜，但是电解液层面对于锂离子的性能特性影响非常多。选择在这个方向上调整，有一定的杠杆效应，能够让电池的安全特性和其他性能有差异。
图3 电解液的成本和对电池性能的影响
电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的，如下图所示。
图4 电解液的组成
这种果冻电解质相比液态的电解液安全性提高了很多，从针刺试验的评价来看，试制的产品在高温下呈现很好的阻燃性能，用针刺实验来做评估，也比较容易实现L0不起火的结果。把这种电解质导入现有的产品体系，会明显增加电芯的安全性。蜂巢展示了应用了果冻电池技术的90Ah方形电池能有效地阻止热扩散，将大大提高电动车的安全性。
采用这种材料只要付出一点点的代价，从综合特性来看这种果冻电池，内阻要比液态电解质的三元锂电池要大上5%，充放电倍率会根据钴的含量在±2%之间波动，循环寿命也会牺牲5%。相对于安全性能的大大提高，性能的小小牺牲还是非常值得的。
图6 果冻电池的样品实验
小结：从电池日当天传递的信息来看，蜂巢能源的下一代技术布局中也有全固态电池。从液态电解质到全固态电池的发展，需要经历一个过程：电解质中的电解液含量逐渐降低，从开始的凝胶电解质体系向半固态发展，最终过渡到全固态电池。果冻电池的推出，不仅在材料方面加固了电池安全的城池，同时也意味着蜂巢能源在全固态电池的发展进程中迈出了一大步。