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又聞量產,全球聚焦的固態電池要來了嗎?

作者:林揚 來源:中國汽車報 發布時間:2020-06-16 瀏覽:
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“固態電池取代三元鋰電池將是今后的發展趨勢?!边@種看法近來業界輿論呼聲較高。

全固態電池是當前學術界的研究熱點,也是產業界關注的焦點,它的安全性比起同電極體系的液態鋰離子電池有明顯提高,但在電動汽車上實際推廣應用還需要時間。

近日,隨著哪吒汽車與清陶達成全面深度合作,共同推進固態電池的研發與應用。固態電池的話題再次成為相關熱點,同時也預示著離固態電池真正的量產應用更近了一步。據悉,合眾旗下第二款量產車哪吒U將首次搭載兩家企業研發的固態電池,計劃年底前量產500臺。

與傳統鋰電池相比,固態鋰電池具有安全性能高、循環壽命長、能量密度高、耐受溫度范圍大、可柔性化等優點,可解決目前傳統鋰電池面臨的安全性較差和續航里程短的問題,被認為是下一代鋰電池的選擇。

謹慎樂觀的固態電池

固態電池雖有強大的優勢,但在發展過程中,仍然存在待解的問題,有些關鍵性問題還需要有突破性進展。

如目前固態電池幾大待解難題有:溫度較低的時候,內阻比較大;材料導電率不高,功率密度提升困難;制造大容量單體困難;大規模制造中的正負極成膜技術還需進一步研究等。

有行業專家認為:真正意義上的全固態電池技術現在仍不成熟。其中,固態電池的固態界面接觸性是重要的技術難點,即電解質與電極之間形成高電阻界面,還存在技術不確定性,未來還需要較長時間的科研攻關。

好消息是,搭載固態電池的哪吒U電動車即將小批量產,據悉,該車的固態電池能量密度有望超過500Wh/kg,即如果一臺續航600公里的鋰離子電池電動車把電池換成固態電池,續航可以超過2000公里。如果真是這樣,電動汽車的里程焦慮將不復存在。

三元鋰電池困境

隨著天氣轉暖,電動汽車自燃問題再一次觸動了人們的神經。其中,自燃原因大多指向了動力電池。

現階段新能源乘用車大多采用三元鋰電池,其材料體系為三元正極+液態電解質+石墨負極,而固態電池材料中沒有可燃的液態有機溶液,安全系數相對提高了很多。

據介紹,三元鋰電池在200℃左右就會分解,并釋放出氧分子,使燃燒更加劇烈。盡管目前動力電池在電池模塊和系統設計方面,已經采取了先進的電源管理技術、冷卻技術、密封技術、散熱技術等,基本滿足了電動汽車對安全性的要求,但依然存在著熱失控、過熱、起火燃燒等危險。導致其燃燒的根本原因,是鋰離子電池電解質屬于可燃的有機溶液。

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接近極限,很難再有大的突破。有觀點認為:依靠三元鋰電池技術路線,動力電池能量密度難以突破350Wh/kg。而按照我國相關產業規劃,動力電池的能量密度需要在2025年至2030年達到350Wh/kg。顯然,開發新一代電池已迫在眉睫。

固態電池好處與前景

固態電池,是一種使用固體電極材料和固體電解質材料,不含有任何液體的電池。固態電池采用全新固態電解質取代當前有機電解液和隔膜,具有高安全性、高體積能量密度,同時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,可進一步提升質量能量密度,在提高安全性的同時增加續駛能力,從而有望成為下一代動力電池的解決方案。

目前,固態電池的小批量裝車仍屬于試驗階段,以期在實際應用中發現并解決問題。不過隨著參與量產企業的增多,說明固態電池至少取得了階段性進展,未來更加光明。

全球聚焦固態電池

無疑,固態電池技術正在成為世界范圍內的競爭熱點。全球多個車企和電池廠家發布了固態電池相關的研發進展。

日本經濟省曾宣布出資16億日元(約合人民幣1億元),聯合豐田、本田、日產、松下、GS湯淺、東麗、旭化成、三井化學、三菱化學等頂級產業鏈力量,共同研發固態電池,希望以成熟的固態電池技術在2030年實現800公里續航目標。

韓國也不甘落后,目前,三星SDI、LG化學等都投入到固態電池的研發之中。據了解,三星的固態電池可能最初應用于手機上,下一步將開發車用動力固態電池。近日,三星與現代領導人會面討論電池技術,引發了三星為現代提供固態電池的猜想。此外,LG化學也在研究固態電池,據稱技術水平與三星不相上下。

此外,寶馬宣布與SolidPower公司合作研發固態鋰電池;博世與GS湯淺電池公司及三菱重工共同建立了新工廠,主攻固態陽極鋰離子電池;本田與日立造船建立的機構已研發出Ah級電池,預計不久后量產。

國內在進行固態鋰電開發的企業包括寧德時代、國珈星際、江蘇清陶能源、臺灣輝能、中航鋰電等。其中,寧德時代以硫化物電解質為主要研發方向,采用正極包覆解決正極材料與固態電解質的界面反應問題。清陶能源研發高固含量的全陶瓷隔膜和無機固體電解質,目前已與北汽、哪吒汽車開展合作。國珈星際采用材料基因組技術,通過高通量測試技術確定聚合物固態電解質的最佳組成。此外,如贛鋒鋰業、比亞迪、萬向123等也都宣布布局固態電池領域。

技術創新決定未來

固態電池實現了電池結構從電極材料+電解液的固液界面向電極材料+固態電解質的固固界面轉化。在固態電池發展過程中,固態電解質主要有硫化物、氧化物、薄膜以及固態聚合物等多種方案。每種方案各有優缺點,也都在研發中取得了一定成果。據悉,大部分科研團隊和企業目前處于基礎研究到中試放大和小批量量產的關鍵環節。

據介紹,在固態電池領域,中國最大競爭對手是日本。日本在硫化物類固態電解質方面的研究基礎雄厚,正全力應用于固態電池的研發。中國更著眼于氧化物類固態電解質,并且已投產固態電池生產線。研發方面日本仍處于領先,但產業化方面中國有望趕超。盡管中、日布局的固態電池采用不同的電解質,但誰能率先解決穩定性問題,誰就能迅速占領固態電池的市場。

業內專家普遍認為:新能源汽車轉向固態電池只是可能的一個方向,目前被視為液態鋰電池最有可能的替代者。但是否能夠全面轉向固態電池,還取決于固態電池本身的技術進步和市場推廣。顯然,目前說固態電池時代來臨還為時尚早,但其希望無疑在逐漸增大。

關鍵字:全固態電池

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