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固態電池未來會是主流嗎?

  • 黃誠
  • 09-14
  • 來源:電車資源 黃誠

動力電池作為新能源汽車的“心臟”,其發展直接影響到新能源汽車的發展。在當前鋰離子電池體系下,依靠高鎳三元正極、硅碳負極和電解液的組合將在3-5年內達到性能極限(能量密度上限為350Wh/Kg),但仍無法徹底滿足動力電池對安全性、能量密度與成本的要求。

中國科學院院士、中國電動汽車百人會執行副理事長歐陽明高曾表示,鋰離子電池具有成為動力電池主流技術的潛質和前景,但瓶頸是高比能量動力電池的安全性。從改善電池本身安全性出發,要發展新型的固態電解質電池。中國電池產業雖然暫時取得優勢,但國際競爭壓力巨大,需要全力追趕固態電池前沿技術。

由于在安全性、可靠性、能量密度、循環壽命等多方面性能優勢明顯,固態電池被業內認為是較為理想的下一代電池技術體系。

固態電池未來會是主流嗎?

固態電池因優勢成發展熱門

固態電池即電解質采用固態材料的鋰二次電池,它與傳統鋰離子電池的區別在于以固態電解質替代了傳統鋰離子電池的電解液、電解質鹽、隔膜。

總體來說,固態電池擁有兩大優勢。一是安全性高。傳統的鋰離子電池在過充或是內短路的情況下易導致電解液發熱,進而有自燃或者爆炸的危險性;固態電池由于是固態電解質,不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液,安全性相比傳統鋰離子電池要高許多。第二個優勢是能量密度高。由于固態電池使用的是固態電解質,因此無需隔膜與電解液,可以節約近40%的體積和25%的質量。

根據《汽車產業中長期發展規劃》和《節能與新能源汽車技術路線圖》的表示,動力電池系統能量密度需要在2025-2030年達到350Wh/Kg(對應單體能量密度500Wh/Kg)以滿足普通電動汽車的續航里程要求。固態電池作為最容易達到這一要求的技術路線,受到行業重視。

公開信息顯示,過去十年內固態電池領域專利數量增長已經超過了10倍。許多整車企業早已開始自主研發、合作研發或是通過投資入股初創企業等方式加快對固態電池技術的研發速度。

多家企業宣布固態電池量產時間

2019年8月,美國新能源公司SF Motors旗下部門TeraWatt Technology宣布推出4.5Ah固態電池設計原型,而且該電池的能量密度達到創紀錄的432Wh/kg(1122Wh/L),突破了高鎳三元的能量密度上限。

2017年現代就宣布研發固態電池技術,2018年7月,現代宣布投資位于馬薩諸塞州的Ionic Materials公司,進一步進行固態電池研發工作。有消息透露,現代將于2025年實現固態電池量產。

2018年7月,大眾向擁有超過200多項關于固態電池的技術專利QuantumScape投資約1億美元,旨在2025年前建立固態電池生產線。

豐田于在固態電池領域擁有大量專利(252件,占比13%,全球第一)。目前豐田基于硫化物電解質、石墨類負極的鋰離子電池路線推進固態電池產業化,實驗室產品能量密度達到400Wh/Kg,預計2022年推出搭載全固態電池的電動車型,2025年實現量產。

寶馬除了自建電芯研發中心,研發固態電池技術外,還于Solid Power在固態電池方面達成深度合作,有望于2026年實現固態電池量產。

2015年戴森以收購了一家專門開發全固態電池的公司Sakti3,Sakti3在氧化物固態電解質研發上處于領先地位。2018年,戴森表示正在開發一種極具創新理念的電動汽車,量產車型將于2020年上市銷售,其電動力系統將采用Sakti3研發的固態電池。

固態電池未來會是主流嗎?

中國在固態電池領域技術發展還處于第二梯隊,日本為第一梯隊,而且主要以中科院和高校等科研機構為主。

國內目前有三個團隊在固態電池領域研發較為領先。中科院青島能源所儲能院崔光磊團隊目前已研制出全海深高能量密度高安全固態鋰電池動力系統,能量密度達300Wh/Kg,并且應用于在馬里亞納海溝完成1萬米的深海高壓環境。

中科院寧波材料所許曉雄團隊已經開發出能量密度達到260Wh/Kg的10Ah固態單體電池,目前與贛鋒鋰業合作推進產業化。

中科院物理所李泓團隊開發出能量密度達310-390Wh/Kg的10Ah軟包電芯,目前正與衛藍新能源合作建設中試線。

而對于固態電池技術,特斯拉CEO馬斯克就曾表示,“有一定前景,但是距離技術成熟還需要時間,目前也不足以改變特斯拉的戰略。”

盡管固態電池目前在國內的發展情況十分可觀,但還是有很長的一段路要走。目前所進行的固態電池研究,還僅限于實驗室階段,要實現量產還需要相當長一段時間。

規模化生產需要考慮生產技術、生產設備、生產環境等多方面因素。固態電池相比傳統鋰電池對生產設備的精度有著更高的要求,還需要高度干燥的生產環境。此外,想要進行商用化量產,固態電池除了本身性能需要一定的驗證周期外,和主機廠的車輛產品匹配也需要進行驗證。

根據大部分企業的規劃,固態電池技術真正成熟可能需要等到2025年前后,真正具備量產能力可能需要等到2030年前后。

固態電池短期內,還不可能成為行業主流。

電車資源小結

固態電池優勢固然明顯,但大家也要看它目前不足的地方,不論是什么技術路線,只要能夠推動新能源汽車行業朝著健康、安全、可持續的方向發展,就值得行業為之一試。

來源:電車資源 黃誠

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