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未来将搅动整个“江湖”?固态电池发展之路道阻且长

2019-12-05 浏览次数:2,255 次 电车资源

随着消费者对新能源汽车续航里程需求的提高,电池的能量密度不断提升,然而就当前行业中三元电池体系已经达到了其能量密度的“天花板”,这就需要人们去寻找能突破能量密度上限的技术路线,固态电池应运而生。

2019年11月,赣锋锂业近日在接待投资机构调研时表示,其固态电池的研发各项工作稳步正常推进中,目前积极与下游车企对接,送样测试中,试产线目前已经处于试产阶段,预计不久可达到正式投产状态。

赣锋锂业作为一家锂电行业龙头都积极加入到布局固态电池的队列中来,难道液态锂电真的要被固态电池“终结”了吗?

多家企业布局 市场前景明朗

车企巨头们在急需提升续航里程的市场需求下,早早就投入了固态电池研发战场。

丰田早在2008年就已经开始研发固态电池技术。2017年10月,丰田宣布投入200余人加速研发固态电池技术。12月,丰田联合松下对外宣布,双方将联合开发全固态电池。2018年7月,丰田在固态电池专利上取得了新的进展,同时宣布要在2022年推出搭载全固态电池的全新电动汽车。2019年5月,丰田展出其正处于试制阶段的全固态电池样品。

据了解,丰田的核心技术是实现了降低全固态电池的电芯内阻,丰田通过这项技术,能将全固态电池的体积功率密度提高到约2.5kW/L。与此同时,体积能量密度成功地提高到了约400Wh/L。

另一家汽车巨头宝马于2017年就宣布与美国电池技术公司SolidPower建立合作伙伴关系,共同研发下一代固态电池技术,从而满足未来电动汽车的使用需求。

此外,大众汽车在固态电池的布局上也表达了一个积极的态度,大众CEO穆伦曾表示,他们已经在计划下一代电动车电池,里程超过1000公里的固态电池,并将在2025年量产。

除车企外,电池企业也不甘示弱。

韩国电池巨头三星SDI提出了“全固态电池技术发展蓝图”,其总经理全永铉表示:“为了在未来电动汽车市场占有领先优势,我们将通过开发基于尖端技术的差异化产品来引领电动汽车的普及化,力争拥有技术竞争主导权。”

日本电池巨头松下,则于2019年1月宣布,将在2020年前与丰田设立开发、生产电动汽车等车载电池的新公司,致力于开发、量产固态电池。

据不完全统计,国内也有多家企业布局了固态电池,包括宁德时代、比亚迪、国轩高科、桑顿新能源、赣锋锂业、北京卫蓝、清陶能源等。

宁德时代已经进行多年固态电池研发,其主要发展方向为聚合物和硫化物固态电池。目前研发的电池,单体容量已达325mAh,能量密度达300Wh/kg,在循环300周以后容量保持率能达到82%。

比亚迪2017年8月就申请了一项全固态电池正极复合材料和一项全固态电池的发明专利。2018年1月透露正在积极推进固态电池研发项目,并将其作为下一步研发重点,计划在5-10年内将固态电池商业化。

此外,比亚迪还于2019年11月和丰田成立纯电动汽车的研发公司,这也意味着双方在固态电池的研发上展开合作不无可能。

国轩高科2018年2月就宣布,正在和日本研发下一代动力电池生产技术工艺与生产设备,使用半固态电池技术。同年3月表示,半固态电池技术已处于实验室向中试转换阶段。2019年6月,国轩高科表示,目前一直在关注固态电池技术进展,布局前沿技术,在日本研究院有开展相应的固态电池技术研发。

虽然目前固态电池还处于产业化发展的前期,但众多企业纷纷扎堆固态电池市场,也说明这个市场前景十分可观明朗。

如若实现量产将搅动整个“江湖”

如果固态电池量产的那一天真的到来,将会对新能源行业乃至整个汽车产业都产生巨大的影响。

目前,三元与磷酸铁锂都已触及能量密度的天花板,但固态电池可以突破现有动力电池体系的能量密度上限,让新能源汽车续航更长,甚至超过燃油车。

其次,在能量密度普遍提升后,动力电池成本将会大幅下降,电动汽车的整车成本也会随之降低,甚至低于燃油车。

在安全方面,固态电池由于材质在安全上的优势,相比液态锂离子电池更加安全,届时将提升整体的电动汽车安全性。

在能量密度、成本、安全问题都解决后,电动汽车将全面战胜燃油车,一跃成为汽车产业的霸主,开启电动汽车称霸的时代大幕。

除了加速推动电动汽车取代燃油车外,在固态电池量产化时代,车企也将重新夺回话语权,不再处处受到电池企业掣肘。

车企们因为电动化战略实施较晚,错过了第一轮新能源汽车爆发的产业节点,没有及时布局电池产业,建立动力电池厂,在与电池企业的合作当中只能被对方牵着鼻子走。

在固态电池量产化时代,车企们由于早早就进行了相关布局,在技术和产品上与电池企业的差别不会太大,能够实现自给自足。

固态电池发展之路道阻且长

尽管目前整个行业对固态电池一片看好,但大家不得不意识到,固态电池还有多种技术问题需要突破,发展之路依旧困难重重。

固态电池由于材质的关系,本身有一个大问题——界面问题。

在液态锂离子电池中,电解质充满了整个电池,由于其是液体,电解液和电极之间的接触和覆盖都很好。

而在固态电池中,尤其是全固态电池,出现了固体和固体的界面,接触和覆盖都很差。更头疼的是,随着不断循环,电极上的活性物质体积会出现4%的体积收缩或者膨胀,液态电解质还能较好的随着体积变化贴合,但是固态电解质在两种固体的界面处会产生较大应力,导致界面的物理接触性进一步变差。

因此,目前企业的产品研发大多从半固态电池入手,慢慢过渡到准固态电池,最后到全固态电池。

根据电解质的不同,固态电池的发展路线主要有三种,分别是聚合物、无机氧化物、硫化物。

聚合物作为电解质具有优秀的柔性、易加工,但室温离子电导率低,比容量也相对较低,然而有个最关键的问题,是其不能完全消除发生自燃事故的可能性;无机氧化物作为电解质电导率较高,但其易产生刚性界面接触的问题以及严重的副反应,加工相对困难;硫化物作为电解质电导率最高,但其本身化学稳定性差,不易加工,此外其对正负极的界面也十分不稳定。

即使在技术上突破了,固态电池从实验室产品到市场化量产,也还有很长的一段路要走,道阻且长。

小结

综上所述,我们有理由相信,固态电池实现量产之后,液态锂电有很大可能将会被固态锂电取代。尽管目前来看,固态电池量产化的时代很美好,但在到达那个时期之前我们仍有很长的一段路要走。在技术上,企业要脚踏实地,一步一个脚印去攻克技术难题;在产品上,企业要稳抓稳打,经过充分的验证,研发出优质且安全可靠的产品。虽然这条路上充满了荆棘和阻碍,但不经历风雨,怎能见到彩虹。

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