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又闻量产,全球聚焦的固态电池要来了吗?

2020-06-17 浏览次数:2,177 次 中国汽车报网

固态电池取代三元锂电池将是今后的发展趋势。”这种看法近来业界舆论呼声较高。

全固态电池是当前学术界的研究热点,也是产业界关注的焦点,它的安全性比起同电极体系的液态锂离子电池有明显提高,但在电动汽车上实际推广应用还需要时间。

近日,随着哪吒汽车与清陶达成全面深度合作,共同推进固态电池的研发与应用。固态电池的话题再次成为相关热点,同时也预示着离固态电池真正的量产应用更近了一步。据悉,合众旗下第二款量产车哪吒U将首次搭载两家企业研发的固态电池,计划年底前量产500台。

与传统锂电池相比,固态锂电池具有安全性能高、循环寿命长、能量密度高、耐受温度范围大、可柔性化等优点,可解决目前传统锂电池面临的安全性较差和续航里程短的问题,被认为是下一代锂电池的选择。

■谨慎乐观的固态电池

固态电池虽有强大的优势,但在发展过程中,仍然存在待解的问题,有些关键性问题还需要有突破性进展。

如目前固态电池几大待解难题有:温度较低的时候,内阻比较大;材料导电率不高,功率密度提升困难;制造大容量单体困难;大规模制造中的正负极成膜技术还需进一步研究等。

有行业专家认为:真正意义上的全固态电池技术现在仍不成熟。其中,固态电池的固态界面接触性是重要的技术难点,即电解质与电极之间形成高电阻界面,还存在技术不确定性,未来还需要较长时间的科研攻关。

好消息是,搭载固态电池的哪吒U电动车即将小批量产,据悉,该车的固态电池能量密度有望超过500Wh/kg,即如果一台续航600公里的锂离子电池电动车把电池换成固态电池,续航可以超过2000公里。如果真是这样,电动汽车的里程焦虑将不复存在。

■三元锂电池困境

随着天气转暖,电动汽车自燃问题再一次触动了人们的神经。其中,自燃原因大多指向了动力电池。

现阶段新能源乘用车大多采用三元锂电池,其材料体系为三元正极+液态电解质+石墨负极,而固态电池材料中没有可燃的液态有机溶液,安全系数相对提高了很多。

据介绍,三元锂电池在200℃左右就会分解,并释放出氧分子,使燃烧更加剧烈。尽管目前动力电池在电池模块和系统设计方面,已经采取了先进的电源管理技术、冷却技术、密封技术、散热技术等,基本满足了电动汽车对安全性的要求,但依然存在着热失控、过热、起火燃烧等危险。导致其燃烧的根本原因,是锂离子电池电解质属于可燃的有机溶液。

还有就是电池的能量密度,目前,三元锂电池单体能量密度已经接近极限,很难再有大的突破。有观点认为:依靠三元锂电池技术路线,动力电池能量密度难以突破350Wh/kg。而按照我国相关产业规划,动力电池的能量密度需要在2025年至2030年达到350Wh/kg。显然,开发新一代电池已迫在眉睫。

■固态电池好处与前景

固态电池,是一种使用固体电极材料和固体电解质材料,不含有任何液体的电池。固态电池采用全新固态电解质取代当前有机电解液和隔膜,具有高安全性、高体积能量密度,同时与不同新型高比能电极体系(如锂硫体系、金属-空气体系等)具有广泛适配性,可进一步提升质量能量密度,在提高安全性的同时增加续驶能力,从而有望成为下一代动力电池的解决方案。

目前,固态电池的小批量装车仍属于试验阶段,以期在实际应用中发现并解决问题。不过随着参与量产企业的增多,说明固态电池至少取得了阶段性进展,未来更加光明。

■全球聚焦固态电池

无疑,固态电池技术正在成为世界范围内的竞争热点。全球多个车企和电池厂家发布了固态电池相关的研发进展。

日本经济省曾宣布出资16亿日元(约合人民币1亿元),联合丰田、本田、日产、松下、GS汤浅、东丽、旭化成、三井化学、三菱化学等顶级产业链力量,共同研发固态电池,希望以成熟的固态电池技术在2030年实现800公里续航目标。

韩国也不甘落后,目前,三星SDI、LG化学等都投入到固态电池的研发之中。据了解,三星的固态电池可能最初应用于手机上,下一步将开发车用动力固态电池。近日,三星与现代领导人会面讨论电池技术,引发了三星为现代提供固态电池的猜想。此外,LG化学也在研究固态电池,据称技术水平与三星不相上下。

此外,宝马宣布与SolidPower公司合作研发固态锂电池;博世与GS汤浅电池公司及三菱重工共同建立了新工厂,主攻固态阳极锂离子电池;本田与日立造船建立的机构已研发出Ah级电池,预计不久后量产。

国内在进行固态锂电开发的企业包括宁德时代、国珈星际、江苏清陶能源、台湾辉能、中航锂电等。其中,宁德时代以硫化物电解质为主要研发方向,采用正极包覆解决正极材料与固态电解质的界面反应问题。清陶能源研发高固含量的全陶瓷隔膜和无机固体电解质,目前已与北汽、哪吒汽车开展合作。国珈星际采用材料基因组技术,通过高通量测试技术确定聚合物固态电解质的最佳组成。此外,如赣锋锂业、比亚迪、万向123等也都宣布布局固态电池领域。

■技术创新决定未来

固态电池实现了电池结构从电极材料+电解液的固液界面向电极材料+固态电解质的固固界面转化。在固态电池发展过程中,固态电解质主要有硫化物、氧化物、薄膜以及固态聚合物等多种方案。每种方案各有优缺点,也都在研发中取得了一定成果。据悉,大部分科研团队和企业目前处于基础研究到中试放大和小批量量产的关键环节。

据介绍,在固态电池领域,中国最大竞争对手是日本。日本在硫化物类固态电解质方面的研究基础雄厚,正全力应用于固态电池的研发。中国更着眼于氧化物类固态电解质,并且已投产固态电池生产线。研发方面日本仍处于领先,但产业化方面中国有望赶超。尽管中、日布局的固态电池采用不同的电解质,但谁能率先解决稳定性问题,谁就能迅速占领固态电池的市场。

业内专家普遍认为:新能源汽车转向固态电池只是可能的一个方向,目前被视为液态锂电池最有可能的替代者。但是否能够全面转向固态电池,还取决于固态电池本身的技术进步和市场推广。显然,目前说固态电池时代来临还为时尚早,但其希望无疑在逐渐增大。

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