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誰才是下一代動力電池的“風(fēng)口”?
日期:2021-08-06   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_miaowanying 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
在政策和市場的雙重推動下,2021年,動力電池產(chǎn)業(yè)似乎迎來了技術(shù)上的快速突破期。前有蔚來汽車發(fā)布的150kWh固態(tài)電池,后有廣汽埃安的石墨烯電池,剛剛亮相的鈉離子電池則成為最新焦點。此外,初創(chuàng)公司麻省固能(簡稱“SES”)研發(fā)的混合鋰金屬電池技術(shù),同樣受到眾多主流企業(yè)和投資者的青睞。五花八門的動力電池技術(shù),究竟誰會成為下一代動力電池的“風(fēng)口”?
 
鋰金屬電池美夢成真

新能源汽車行業(yè)獨立研究員曹廣平向記者介紹到,與目前普遍采用的石墨、硅碳等負(fù)極材料相比,鋰具有更大的克容量,能夠大幅提高整個電芯的能量密度。因此,以金屬鋰作為負(fù)極材料的鋰金屬電池始終是動力電池行業(yè)的重要研發(fā)方向。關(guān)于鋰金屬電池的研究最早可追溯至上世紀(jì)60、70年代,然而,時至今日,鋰金屬電池的應(yīng)用問題仍然困擾著整個行業(yè)。

曹廣平表示,金屬鋰在穩(wěn)定性和可控性上表現(xiàn)較差,易與空氣中的氧和水分等發(fā)生反應(yīng),這給鋰金屬電池的應(yīng)用造成了諸多困難。此外,金屬鋰在使用過程中較容易形成鋰枝晶,鋰枝晶的出現(xiàn)可能會造成正負(fù)極短路,最終引發(fā)電池著火。而鋰枝晶折斷后會形成死鋰,使得電池容量降低,進(jìn)而導(dǎo)致電池壽命縮短。寧德時代、中航鋰電等動力電池企業(yè)都在持續(xù)布局的固態(tài)電池,能夠?qū)︿囍纬善鸬礁纳谱饔茫欢虘B(tài)電解質(zhì)導(dǎo)電性問題始終未能克服。

以固態(tài)鋰金屬電池研發(fā)入局的SES,則選擇另辟蹊徑,以混合鋰金屬電池這一全新的技術(shù)概念,將鋰金屬電池夢想變成現(xiàn)實,并得到多方支持。據(jù)了解,SES成立于2021年,主要從事可充電混合鋰金屬電池的開發(fā)和制造,并在材料、電芯、模塊、基于人工智能學(xué)習(xí)的電池安全算法和電池回收再利用等方面有所涉獵。

通過將成熟高效的鋰離子電池生產(chǎn)工藝和鋰金屬電池的高能量密度進(jìn)行結(jié)合,SES開發(fā)出了混合鋰金屬電池,并在美國和中國兩地均建有電池生產(chǎn)工廠,在波士頓、上海和首爾等地開展業(yè)務(wù)。此外,SES已于7月13日和艾芬豪資本達(dá)成合并協(xié)議,預(yù)計在今年第三或第四季度上市。通用汽車、現(xiàn)代汽車均與SES達(dá)成車輛“A-Sample”聯(lián)合開發(fā)協(xié)議。

SES創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官胡啟朝表示,合并后的SES將成為全球第一家擁有高能量密度的鋰金屬技術(shù)、具有顯著成本效益和大規(guī)模生產(chǎn)能力的混合鋰金屬電池上市公司。按照規(guī)劃,SES將于2023年開始建設(shè)10GWh產(chǎn)能,做B和C樣品產(chǎn)線,預(yù)計2025年上車,2026年、2027年有望建成30GWh、70GWh甚至更大的產(chǎn)能。


混合鋰金屬電池能解決痛點嗎?

全新的混合鋰金屬電池究竟能否解決續(xù)航里程、電池安全等當(dāng)下消費者最為關(guān)注的痛點問題呢?胡啟朝表示,混合鋰金屬電池結(jié)合了鋰離子電池和全固態(tài)鋰金屬電池的優(yōu)點,具備高密度、低成本、輕重量、高安全性、快速充電和智能化等六大優(yōu)勢。

通過在負(fù)極部分采用高能量密度的鋰金屬和保護(hù)層,并采用高濃度鋰鹽電解質(zhì)作為電解液,再利用人工智能安全算法進(jìn)行安全模擬和預(yù)警,SES的混合鋰金屬電池比理論上的全固態(tài)鋰金屬電池具有更出色的性能和制造效率。

據(jù)介紹,在滿足電池壽命與安全要求的前提之下,混合鋰金屬電池能夠提供400Wh/kg的能量密度,在15分鐘內(nèi)即可快速充電達(dá)80%。此外,混合鋰金屬電池的電池容量同樣優(yōu)秀,是傳統(tǒng)鋰離子電池的兩倍。

通常來說,電池能量密度越高,電池的穩(wěn)定性和安全性就會大打折扣。如何在能量密度提升的同時,保證動力電池的安全性顯得尤為重要。對于本身便比較活潑的金屬鋰而言,這一點更為關(guān)鍵。胡啟朝強調(diào),SES從兩方面入手,力圖解決混合鋰金屬電池的安全問題。首先,SES采用了自行研發(fā)的高濃度電解液并加上鋰金屬保護(hù)層,從電池材料入手保證電池的安全性。其次,在整個汽車電池管理系統(tǒng)里面,融入人工智能安全算法。通過對電池采集全方位的數(shù)據(jù),能夠提前幾個月甚至更長時間,對電池安全進(jìn)行評估和預(yù)警,起到預(yù)防作用。


 
誰能成為未來引領(lǐng)者?

“目前看來,固態(tài)鋰金屬電池產(chǎn)業(yè)化仍然是個夢,混合鋰金屬電池是目前進(jìn)展最快的鋰金屬電池技術(shù)解決方案。”胡啟朝如是說。他介紹到,鋰是目前自然界最輕的金屬,鋰電池的體積和重量都比其他電池更具優(yōu)勢。此外,鋰金屬電池的能量密度和續(xù)航里程也是最高的。因此,無論是走純固態(tài)、混合還是液態(tài)路線,電池的終端應(yīng)該是鋰金屬電池。

然而, 億維經(jīng)濟研究院研究部總經(jīng)理、中國電池產(chǎn)業(yè)研究院院長吳輝表示,由于鋰金屬本身的特質(zhì),目前在鋰金屬電池上的技術(shù)難題仍未解決,即便在生產(chǎn)和制作上做好了準(zhǔn)備,產(chǎn)業(yè)化還是稍顯不現(xiàn)實。“如果電池用電解液,負(fù)極材料用金屬鋰的話,就容易出現(xiàn)安全性問題;如果選擇用金屬鋰當(dāng)負(fù)極材料,就必須用固態(tài)電解質(zhì),然而目前固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)電性等方面還存在很多問題。這是寧德時代等電池供應(yīng)商一直還在研發(fā)鋰金屬電池,仍然沒有量產(chǎn)的原因”,吳輝說。

日前剛剛亮相的鈉離子電池,號稱兼具低溫性能、快充以及環(huán)境適應(yīng)性等方面的優(yōu)點,似乎在應(yīng)用上頗具優(yōu)勢。吳輝認(rèn)為,鈉離子從技術(shù)上來講完全可以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,成本也很低。但是,由于鈉離子比鋰離子體積更大,鈉離子的能量密度較低,與電動汽車相比,鈉離子電池在儲能電站等能量密度要求不高的領(lǐng)域更易普及。

無論是混合鋰金屬電池,還是鈉離子電池,各種動力電池技術(shù)路線的出現(xiàn),并不代表著取代。當(dāng)前動力電池行業(yè)仍處于快速發(fā)展階段,多種動力電池技術(shù)需要兼容互補,推動整個行業(yè)的進(jìn)步。正如 寧德時代21C創(chuàng)新實驗室數(shù)字化研發(fā)中心主任魏奕民所言:“對于產(chǎn)業(yè)而言,材料的創(chuàng)新影響深遠(yuǎn)。從目前來看,下一代材料的確定性還不強,需要企業(yè)對多方面持續(xù)布局和關(guān)注。”

原標(biāo)題:誰才是下一代動力電池的“風(fēng)口”?
 
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來源:中國汽車報
 
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