中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近期，2022全國(guó)大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新活動(dòng)周系列活動(dòng)之“鋰金屬電池創(chuàng)新技術(shù)論壇”在合肥舉辦，盟維科技位于合肥經(jīng)開區(qū)的鋰金屬電池自動(dòng)化制造線及z21創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室正式啟用。
這是中國(guó)乃至全球首創(chuàng)的自動(dòng)化鋰金屬電池制造專用產(chǎn)線，也是以盟維科技為代表的，我國(guó)自主研發(fā)新一代動(dòng)力電池技術(shù)企業(yè)在規(guī)�；慨a(chǎn)的又一重大進(jìn)展。意味著我國(guó)在500Wh/kg高端能量型動(dòng)力電池產(chǎn)品的批量交付能力已居于全球領(lǐng)先位置，實(shí)現(xiàn)了鋰金屬電池從實(shí)驗(yàn)室階段（TRL3）到產(chǎn)品批量交付階段（TRL6-8）的突破。
（來源：財(cái)訊網(wǎng)）
關(guān)于盟維科技
安徽盟維新能源科技有限公司成立于2018年，是中國(guó)新一代高能量密度電池的創(chuàng)新代表。公司持續(xù)專注于新體系鋰金屬電池創(chuàng)新開發(fā)，由來自中國(guó)清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院、美國(guó)斯坦福大學(xué)、日本早稻田大學(xué)等海內(nèi)外知名院校及標(biāo)桿企業(yè)的科技人才和產(chǎn)業(yè)精英創(chuàng)辦。以先進(jìn)設(shè)計(jì)理念融合產(chǎn)品開發(fā)，在鋰電池正負(fù)極材料設(shè)計(jì)、電解液優(yōu)化、隔膜修飾、電芯制造及智能自動(dòng)化生產(chǎn)等相關(guān)領(lǐng)域擁有多項(xiàng)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)，與中國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)內(nèi)外電動(dòng)航空、新能源汽車領(lǐng)域標(biāo)桿企業(yè)建立合作關(guān)系，提供產(chǎn)品服務(wù)及技術(shù)支持。
自成立以來，盟維科技以電動(dòng)航空實(shí)際應(yīng)用需求為起點(diǎn)，從材料、工藝、結(jié)構(gòu)等多維度持續(xù)創(chuàng)新，研發(fā)了以金屬鋰為負(fù)極的高能量密度電池，成為全球首個(gè)突破鋰金屬電池技術(shù)瓶頸，批量交付500Wh/kg高能量密度、高安全性新體系動(dòng)力電池的研發(fā)與制造硬科技企業(yè)，成功入選“2021中國(guó)隱形獨(dú)角獸500強(qiáng)”。
（來源：中科創(chuàng)星）
針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景的工況需求，盟維科技采用功能化電解液有效解決體系的關(guān)鍵安全問題，充分的驗(yàn)證其極限能量密度，設(shè)計(jì)開發(fā)了包括Metary®️E、P等能量型、功率型鋰金屬電池產(chǎn)品。2020年，該公司450Wh/kg能量密度的鋰金屬電池在安徽實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；同一時(shí)間，其技術(shù)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)能量密度550Wh/kg的突破。
目前，公司生產(chǎn)的新型鋰金屬電池主要被國(guó)內(nèi)外高空長(zhǎng)航時(shí)飛行器廠商所采用。例如，其針對(duì)電動(dòng)航空實(shí)際應(yīng)用需求所設(shè)計(jì)研發(fā)的METARY系列高能量密度產(chǎn)品，采用純金屬鋰帶作為負(fù)極替代目前鋰離子電池普遍使用的石墨材料，正極采用高鎳三元材料，容量范圍為10~50Ah之間，質(zhì)量能量密度350~550Wh/kg；在80%的容量保持率條件下，循環(huán)壽命突破400圈；可通過高低溫、針刺、短路、過充、過放和沖擊等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)濫用測(cè)試。2020年，其已向國(guó)內(nèi)外高空長(zhǎng)航時(shí)飛行器領(lǐng)域客戶批量提供鋰金屬電池產(chǎn)品。
盟維科技鋰金屬電池產(chǎn)品（來源：合肥市人民政府發(fā)布）
關(guān)于鋰金屬電池
鋰金屬電池的研究起源于20世紀(jì)50年代，但是由于初期開發(fā)過程中出現(xiàn)較多的安全問題而被擱置，直到近些年新能源電動(dòng)汽車等領(lǐng)域，對(duì)電池能量密度的需求不斷提升，鋰金屬電池又重新回到人們的視野。
鋰金屬具有極高的理論比容量（3860mAh/g）、低密度（0.59g/cm3）和極低的負(fù)電化學(xué)電位（-3.040V vs SHE），與高電壓嵌鋰材料或高容量硫正極、氧正極等匹配具有較高的理論能量密度。
然而鋰金屬過于活潑，易與電解液反應(yīng)，生成的鋰枝晶甚至?xí)檀└裟?dǎo)致電池短路。易燃有機(jī)液體電解液在過充、過放、熱沖擊、短路等不良工況下會(huì)導(dǎo)致鋰電池脹氣鼓包，甚至燃燒，帶來嚴(yán)重的安全隱患。同時(shí)由于金屬鋰的高反應(yīng)活性進(jìn)而引發(fā)的界面不穩(wěn)定性，導(dǎo)致金屬鋰負(fù)極的庫(kù)侖效率較低，電池的循環(huán)壽命縮短，限制了鋰金屬電池的實(shí)際應(yīng)用。
鋰金屬負(fù)極的三種失效機(jī)制及兩種主要解決方案（來源：姚詩(shī)言等，《高性能鋰金屬電池負(fù)極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及界面強(qiáng)化研究進(jìn)展》）
為了解決這些問題，研究者們對(duì)鋰金屬負(fù)極的失效機(jī)制，特別是鋰枝晶的生長(zhǎng)機(jī)制進(jìn)行了深入研究，提出了Chazalviel-Brissot模型、Yamaki模型和靜電屏蔽模型等枝晶生長(zhǎng)模型，并在此基礎(chǔ)上通過設(shè)計(jì)3D集流體、表面改性集流體以及構(gòu)筑原位或人工SEI膜的方式對(duì)鋰金屬負(fù)極進(jìn)行優(yōu)化，且取得了一定成果。
同時(shí)，科研人員在電解質(zhì)和隔膜等方面也進(jìn)行了廣泛而深入的研究，提出了高濃度電解質(zhì)、固態(tài)電解質(zhì)、功能隔膜等多種提高鋰金屬電池性能的手段。尤其在固態(tài)電解質(zhì)方面，固態(tài)鋰金屬電池是極具前景的下一代高能量密度電池，在世界范圍內(nèi)獲得了廣泛研究和投入，Quantum Scape關(guān)于此方面的研究還入選了MIT Technology Review 2021“全球十大突破性技術(shù)”。
（來源：MIT Technology Review）
在國(guó)家政策和科技項(xiàng)目的支持下，我國(guó)在固態(tài)鋰金屬電池研究方面建立起了從原子、分子，到材料，再到器件的多尺度的認(rèn)識(shí)，并在應(yīng)用示范上取得了一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，為固態(tài)鋰金屬電池的研究和推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
總結(jié)與展望
長(zhǎng)期以來，“續(xù)航焦慮”是制約新能源電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大痛點(diǎn)。近年來，重量更輕、能量更高、續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)的鋰金屬電池開始被業(yè)界視為突破這一困境的下一代動(dòng)力電池技術(shù)。相較于其他負(fù)極技術(shù)路線，鋰金屬負(fù)極電池能量密度高，能夠解決不同應(yīng)用場(chǎng)景下的特殊能量需求，未來有望替代鋰離子電池，如此其也成為新能源賽道“玩家”相爭(zhēng)的新高地。
當(dāng)下鋰金屬電池行業(yè)仍處于發(fā)展的早期階段，參照技術(shù)就緒度（TRL1-9）標(biāo)準(zhǔn)而言，由于金屬鋰負(fù)極的活性極強(qiáng)，使得其安全性存在著更高的挑戰(zhàn)，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，全球?qū)︿嚱饘匐姵丶夹g(shù)的研發(fā)都停留在實(shí)驗(yàn)室階段（TRL3）；近幾年，全球范圍內(nèi)為數(shù)不多的幾家前瞻性科技企業(yè)實(shí)現(xiàn)了在該領(lǐng)域的率先布局，逐步將鋰金屬電池技術(shù)推進(jìn)到TRL4試驗(yàn)和驗(yàn)證階段，部分公司達(dá)到了TRL5標(biāo)準(zhǔn)。
我國(guó)鋰電行業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，整體態(tài)勢(shì)優(yōu)勢(shì)已較為明顯，近年來 在國(guó)家宏觀政策的引導(dǎo)下，新能源產(chǎn)業(yè)配套完善，先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新成果層出不窮。以鋰金屬電池技術(shù)為例，我國(guó)在實(shí)驗(yàn)室級(jí)的科學(xué)研究與國(guó)外已不相伯仲，同時(shí)得益于國(guó)家政策支持和完善的產(chǎn)業(yè)鏈配套，其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程甚至更具優(yōu)勢(shì)，更是涌現(xiàn)出盟維科技等的產(chǎn)業(yè)化先鋒企業(yè)。雖然，盟維科技的鋰金屬電池目前尚只在中短途商用電動(dòng)航空中得到應(yīng)用，但隨著鋰金屬電池在航空應(yīng)用中的逐步成熟，未來鋰金屬電池對(duì)于新能源汽車產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)作用也值得期待。
參考資料：
1、財(cái)訊網(wǎng)，《全球首創(chuàng)鋰金屬電池自動(dòng)化產(chǎn)線落地安徽》
2、每日經(jīng)濟(jì)新聞，《盟維科技聚焦鋰金屬電池研發(fā)》
3、中科創(chuàng)星，《「盟維科技」、「本源量子」等硬科技企業(yè)入選中國(guó)隱形獨(dú)角獸500強(qiáng)！》
4、姚詩(shī)言等，《高性能鋰金屬電池負(fù)極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及界面強(qiáng)化研究進(jìn)展》
5、朱曉琪等，《鋰金屬電池中復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)與負(fù)極界面的研究進(jìn)展》
6、張強(qiáng)，《MIT Technology Review 2021年“十大突破性技術(shù)”解讀》
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安）
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