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半固态电池:新能源汽车理想动力选择?

2021-05-10 浏览次数:1,410 次 中国能源报

“全固态电池量产和商业化还面临着诸多待解难题,而半固态电池可以兼容现有液态电池工艺设备和材料,能以较低成本量产,这是满足市场应用的基本条件。”近日在山东枣庄国家高新技术产业开发区召开的第二届下一代电池技术与市场应用研讨会上,卫蓝新能源副总经理向晋指出,固液混合的半固态电池是当前市场的理想选择。

业内人士进一步指出,未来全固态电池不一定能搭载到汽车上,半固态电池就能满足高安全和高能量密度需求,或是车用动力电池领域的终极方案。

车企和资本竞相追捧

经过十年的快速发展,液态锂离子电池成本大幅降低,能量密度持续提高,已成为全球车用动力电池市场的主流产品。但同时,液态锂离子电池起火爆炸事故频发,市场对其安全性提出了更高要求。

“一个18650型号的锂电池,其爆炸威力相当于一颗小型手榴弹,只是有钢壳约束着。”宁德万和投资集团投资部总监喻军指出,锂离子电池做不到本征安全,其电解液用得越多就越危险。锂电池行业发展到今天,老百姓最担心的还是安全问题,其次才是能效和成本。因此,用固态电解质替代电解液具有更高的能量密度和安全性,被认为是电池行业的发展方向。

今年以来,固态电池成为资本市场、电池企业和各大车企争先追捧的对象。1月9日,蔚来汽车在Nio Day上发布了150kWh固态电池,宣称其能量密度达360Wh/kg;3月15日,大众汽车在其首届电池日上表示,未来动力电池的目标是固态电池;随后,蜂巢能源、赣锋锂业等企业也宣布跟进固态电池研发与生产。

准确的说,上述企业提及的固态电池是固液混合的半固态电池,电芯内仍存在5-15%的电解液。目前,业内将半固态和全固态电池一并统称为固态电池,是相较于传统液态电池而言。

据了解,全球已有40多家固态电池生产商,我国有台湾辉能、江苏清陶、北京卫蓝、无锡海特等企业研发布局较早,前4家接近产业化,已建成至少中试规模实验线,并有产品应用于无人机,开始商用。向晋认为,半固态电池有望在5年内实现规模量产,全固态电池预期在5-10年实现商业化应用。

全固态电池量产应用难度大

全固态电池应用并非易事,目前还存在很多技术难题尚未解决,如固态电解质和电极之间的界面阻抗大、电解质可塑性差、循环寿命仍待提高等。“不是说实验室做出一个综合性很好的产品就能量产。”向晋坦言,固态电池量产受制于诸多因素,包括材料能否批量供应、成本控制能否达到客户接受水平等。

不仅如此,经济性决定了产品量产程度。中国电池产业研究院院长吴辉认为,液态锂离子电池能效和经济性已达最佳状态,尽管仍存在能量密度与安全性等方面的问题,但在市场应用方面,液态电池无疑是最具经济性的选择。

天风证券研究所副所长杨诚笑也认为,锂电池完全做到本征安全非常困难,要从市场化角度考虑其必要性,“固态电池最大优势是安全,但同时,要考虑电池进入市场是商业行为。”

在浙江锋锂新能源总经理许晓雄看来,固液混合的半固态电池或是动力电池领域的终级路线。以走向产品为目标,从能量密度、倍率、循环、工作温区、安全性、量产能力和成本七个维度对比半固态电池与传统液态电池性能,虽然半固态电池每一项指标不能达到完美,但有均衡综合优势。“全固态电池低温性能、成本、规模量产还难以突破,车载全固态电池不一定用得上。”他进一步强调,不要妖魔化固态电池,它不是一个概念,而是同时解决动力电池高比能和高安全两大问题的一个途径而已。

半固态电池综合优势突出

随着研发进程加快,固态电池能否颠覆现有材料体系也是业内关注的热点。

对此,深圳新宙邦科技董事长覃九三持否定意见:“对电池能量密度要求特别高的部分领域会有固态电池的发展空间,但即便固态电池推出来,早期也不会在某些方面形成优势,不同方案有不同特长。现在是动力电池技术百花齐放的时代,哪个技术率先突破都可能。”

相比之下,半固态电池可兼顾液态电池和全固态电池的性能优势,可以最大程度兼容现有工艺、设备及材料,具备快速落地的可能。据了解,卫蓝新能源已于去年实现半固态电池量产和批量销售,之所以能快速推向市场,就是因为尽可能地借用现有液态电池装备和工艺,其中仅有10%-20%的工艺设备要求不同,主要包括固态电解质膜引入、原位固化工艺、负极一体化工艺等。

许晓雄指出,固态电池不会颠覆锂离子电池生产线,半固态电池在装配上与现有液态电池生产线有超过80%的兼容性,剩下20%可以通过生产线改造完成,不需要大改就能实现规模化、自动化和高效量产。

即使是全固态电池,对现有材料体系的影响也有限。吴辉认为,全固态电池会完全取代电解液和隔膜,但正负极活性材料还将保持原有材料体系,如开发高能量密度全固态或固液混合电芯的正极材料还是高镍三元,负极材料仍是石墨或硅碳等,铜铂、铝铂仍用于正负级,卷对卷工艺和电池组装工艺也没有太大变化。

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