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又聞量產(chǎn),全球聚焦的固態(tài)電池要來(lái)了嗎?
日期:2020-06-16
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責(zé)任編輯:zhangchi_zrm
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“固態(tài)電池取代三元鋰電池將是今后的發(fā)展趨勢(shì)。”這種看法近來(lái)業(yè)界輿論呼聲較高。
全固態(tài)電池是當(dāng)前學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn),也是產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn),它的安全性比起同電極體系的液態(tài)鋰離子電池有明顯提高,但在電動(dòng)汽車(chē)上實(shí)際推廣應(yīng)用還需要時(shí)間。
近日,隨著哪吒汽車(chē)與清陶達(dá)成全面深度合作,共同推進(jìn)固態(tài)電池的研發(fā)與應(yīng)用。固態(tài)電池的話題再次成為相關(guān)熱點(diǎn),同時(shí)也預(yù)示著離固態(tài)電池真正的量產(chǎn)應(yīng)用更近了一步。據(jù)悉,合眾旗下第二款量產(chǎn)車(chē)哪吒U將首次搭載兩家企業(yè)研發(fā)的固態(tài)電池,計(jì)劃年底前量產(chǎn)500臺(tái)。
與傳統(tǒng)鋰電池相比,固態(tài)鋰電池具有安全性能高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、能量密度高、耐受溫度范圍大、可柔性化等優(yōu)點(diǎn),可解決目前傳統(tǒng)鋰電池面臨的安全性較差和續(xù)航里程短的問(wèn)題,被認(rèn)為是下一代鋰電池的選擇。
謹(jǐn)慎樂(lè)觀的固態(tài)電池
固態(tài)電池雖有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì),但在發(fā)展過(guò)程中,仍然存在待解的問(wèn)題,有些關(guān)鍵性問(wèn)題還需要有突破性進(jìn)展。
如目前固態(tài)電池幾大待解難題有:溫度較低的時(shí)候,內(nèi)阻比較大;材料導(dǎo)電率不高,功率密度提升困難;制造大容量單體困難;大規(guī)模制造中的正負(fù)極成膜技術(shù)還需進(jìn)一步研究等。
有行業(yè)專(zhuān)家認(rèn)為:真正意義上的全固態(tài)電池技術(shù)現(xiàn)在仍不成熟。其中,固態(tài)電池的固態(tài)界面接觸性是重要的技術(shù)難點(diǎn),即電解質(zhì)與電極之間形成高電阻界面,還存在技術(shù)不確定性,未來(lái)還需要較長(zhǎng)時(shí)間的科研攻關(guān)。
好消息是,搭載固態(tài)電池的哪吒U電動(dòng)車(chē)即將小批量產(chǎn),據(jù)悉,該車(chē)的固態(tài)電池能量密度有望超過(guò)500Wh/kg,即如果一臺(tái)續(xù)航600公里的鋰離子電池電動(dòng)車(chē)把電池?fù)Q成固態(tài)電池,續(xù)航可以超過(guò)2000公里。如果真是這樣,電動(dòng)汽車(chē)的里程焦慮將不復(fù)存在。
三元鋰電池困境
隨著天氣轉(zhuǎn)暖,電動(dòng)汽車(chē)自燃問(wèn)題再一次觸動(dòng)了人們的神經(jīng)。其中,自燃原因大多指向了動(dòng)力電池。
現(xiàn)階段新能源乘用車(chē)大多采用三元鋰電池,其材料體系為三元正極+液態(tài)電解質(zhì)+石墨負(fù)極,而固態(tài)電池材料中沒(méi)有可燃的液態(tài)有機(jī)溶液,安全系數(shù)相對(duì)提高了很多。
據(jù)介紹,三元鋰電池在200℃左右就會(huì)分解,并釋放出氧分子,使燃燒更加劇烈。盡管目前動(dòng)力電池在電池模塊和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面,已經(jīng)采取了先進(jìn)的電源管理技術(shù)、冷卻技術(shù)、密封技術(shù)、散熱技術(shù)等,基本滿足了電動(dòng)汽車(chē)對(duì)安全性的要求,但依然存在著熱失控、過(guò)熱、起火燃燒等危險(xiǎn)。導(dǎo)致其燃燒的根本原因,是鋰離子電池電解質(zhì)屬于可燃的有機(jī)溶液。
還有就是電池的能量密度,目前,三元鋰電池單體能量密度已經(jīng)接近極限,很難再有大的突破。有觀點(diǎn)認(rèn)為:依靠三元鋰電池技術(shù)路線,動(dòng)力電池能量密度難以突破350Wh/kg。而按照我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃,動(dòng)力電池的能量密度需要在2025年至2030年達(dá)到350Wh/kg。顯然,開(kāi)發(fā)新一代電池已迫在眉睫。
固態(tài)電池好處與前景
固態(tài)電池,是一種使用固體電極材料和固體電解質(zhì)材料,不含有任何液體的電池。固態(tài)電池采用全新固態(tài)電解質(zhì)取代當(dāng)前有機(jī)電解液和隔膜,具有高安全性、高體積能量密度,同時(shí)與不同新型高比能電極體系(如鋰硫體系、金屬-空氣體系等)具有廣泛適配性,可進(jìn)一步提升質(zhì)量能量密度,在提高安全性的同時(shí)增加續(xù)駛能力,從而有望成為下一代動(dòng)力電池的解決方案。
目前,固態(tài)電池的小批量裝車(chē)仍屬于試驗(yàn)階段,以期在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。不過(guò)隨著參與量產(chǎn)企業(yè)的增多,說(shuō)明固態(tài)電池至少取得了階段性進(jìn)展,未來(lái)更加光明。
全球聚焦固態(tài)電池
無(wú)疑,固態(tài)電池技術(shù)正在成為世界范圍內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)熱點(diǎn)。全球多個(gè)車(chē)企和電池廠家發(fā)布了固態(tài)電池相關(guān)的研發(fā)進(jìn)展。
日本經(jīng)濟(jì)省曾宣布出資16億日元(約合人民幣1億元),聯(lián)合豐田、本田、日產(chǎn)、松下、GS湯淺、東麗、旭化成、三井化學(xué)、三菱化學(xué)等頂級(jí)產(chǎn)業(yè)鏈力量,共同研發(fā)固態(tài)電池,希望以成熟的固態(tài)電池技術(shù)在2030年實(shí)現(xiàn)800公里續(xù)航目標(biāo)。
韓國(guó)也不甘落后,目前,三星SDI、LG化學(xué)等都投入到固態(tài)電池的研發(fā)之中。據(jù)了解,三星的固態(tài)電池可能最初應(yīng)用于手機(jī)上,下一步將開(kāi)發(fā)車(chē)用動(dòng)力固態(tài)電池。近日,三星與現(xiàn)代領(lǐng)導(dǎo)人會(huì)面討論電池技術(shù),引發(fā)了三星為現(xiàn)代提供固態(tài)電池的猜想。此外,LG化學(xué)也在研究固態(tài)電池,據(jù)稱(chēng)技術(shù)水平與三星不相上下。
此外,寶馬宣布與SolidPower公司合作研發(fā)固態(tài)鋰電池;博世與GS湯淺電池公司及三菱重工共同建立了新工廠,主攻固態(tài)陽(yáng)極鋰離子電池;本田與日立造船建立的機(jī)構(gòu)已研發(fā)出Ah級(jí)電池,預(yù)計(jì)不久后量產(chǎn)。
國(guó)內(nèi)在進(jìn)行固態(tài)鋰電開(kāi)發(fā)的企業(yè)包括寧德時(shí)代、國(guó)珈星際、江蘇清陶能源、臺(tái)灣輝能、中航鋰電等。其中,寧德時(shí)代以硫化物電解質(zhì)為主要研發(fā)方向,采用正極包覆解決正極材料與固態(tài)電解質(zhì)的界面反應(yīng)問(wèn)題。清陶能源研發(fā)高固含量的全陶瓷隔膜和無(wú)機(jī)固體電解質(zhì),目前已與北汽、哪吒汽車(chē)開(kāi)展合作。國(guó)珈星際采用材料基因組技術(shù),通過(guò)高通量測(cè)試技術(shù)確定聚合物固態(tài)電解質(zhì)的最佳組成。此外,如贛鋒鋰業(yè)、比亞迪、萬(wàn)向123等也都宣布布局固態(tài)電池領(lǐng)域。
技術(shù)創(chuàng)新決定未來(lái)
固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)了電池結(jié)構(gòu)從電極材料+電解液的固液界面向電極材料+固態(tài)電解質(zhì)的固固界面轉(zhuǎn)化。在固態(tài)電池發(fā)展過(guò)程中,固態(tài)電解質(zhì)主要有硫化物、氧化物、薄膜以及固態(tài)聚合物等多種方案。每種方案各有優(yōu)缺點(diǎn),也都在研發(fā)中取得了一定成果。據(jù)悉,大部分科研團(tuán)隊(duì)和企業(yè)目前處于基礎(chǔ)研究到中試放大和小批量量產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
據(jù)介紹,在固態(tài)電池領(lǐng)域,中國(guó)最大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是日本。日本在硫化物類(lèi)固態(tài)電解質(zhì)方面的研究基礎(chǔ)雄厚,正全力應(yīng)用于固態(tài)電池的研發(fā)。中國(guó)更著眼于氧化物類(lèi)固態(tài)電解質(zhì),并且已投產(chǎn)固態(tài)電池生產(chǎn)線。研發(fā)方面日本仍處于領(lǐng)先,但產(chǎn)業(yè)化方面中國(guó)有望趕超。盡管中、日布局的固態(tài)電池采用不同的電解質(zhì),但誰(shuí)能率先解決穩(wěn)定性問(wèn)題,誰(shuí)就能迅速占領(lǐng)固態(tài)電池的市場(chǎng)。
業(yè)內(nèi)專(zhuān)家普遍認(rèn)為:新能源汽車(chē)轉(zhuǎn)向固態(tài)電池只是可能的一個(gè)方向,目前被視為液態(tài)鋰電池最有可能的替代者。但是否能夠全面轉(zhuǎn)向固態(tài)電池,還取決于固態(tài)電池本身的技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)推廣。顯然,目前說(shuō)固態(tài)電池時(shí)代來(lái)臨還為時(shí)尚早,但其希望無(wú)疑在逐漸增大。
原標(biāo)題: 又聞量產(chǎn),全球聚焦的固態(tài)電池要來(lái)了嗎?
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