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十年磨劍安天下 固態構筑動力鋰電池防火墻

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年06月11日  

當前全球汽車產業電動化浪潮浩浩蕩蕩,電動汽車銷量上升速度也是風馳電掣。然而頻繁發生的電動汽車燃燒事件,成為產業發展中的“阿克琉斯之踵”;動力鋰電池亟待建立安全“防火墻”,而固態電池正是以安全著稱。


(來源:公眾號“電池我國”ID:cbea_battery作者:馬云騰)


1防火墻


據了解,與傳統動力鋰離子電池相比,固態電池最突出的優點是安全性。具有不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發的特性,防止了傳統鋰離子電池中的電解液泄露、電極短路等現象,降低了電池組關于溫度的敏感性,根除安全隱患。


日前,合眾汽車與清陶能源達成全面深度合作,雙方將共同推進固態電池的研發與應用。清陶能源將作為合眾汽車唯一的固態動力鋰電池合作伙伴,為合眾汽車供應高安全固態動力鋰電池解決方法,助力合眾汽車旗下品牌哪吒汽車為廣大用戶帶來更為安心無憂、暢快便捷的智能出行體驗。


合眾汽車首席研發官王可峰表示,雙方將共同推動固態電池新能源汽車的量產,合眾汽車旗下第二款量產車哪吒U也將由此成為全球首款搭載固態電池的量產車。目前,雙方已經進行了近兩年的聯合研發和測試,計劃十月份申報工信部通告,年底前量產500臺。


與傳統鋰離子電池相比,固態電池采用固態電解質替代傳統的易燃電解液,同時可采用金屬鋰負極和高電壓正極等新型材料,擁有極高的發展潛力,被認為是最有可能成為下一代動力鋰電池的技術路線。我國科學院院士歐陽明高曾公開表示,基于各國動力鋰電池技術路線的比較,短時間來看是液態電解液的鋰離子電池,發展高鎳三元正極和硅炭負極,中長期將從液態電解質逐步過渡到全固態電池。


“目前新能源汽車動力鋰電池已經歷鉛酸電池、鎳氫電池、液態鋰離子電池,進入三元時代,但三元電池能量密度和安全性仍然不能滿足政府和市場的需求。”工信部培訓中心汽車專家張翔表示,固態電池被日本、我國、美國、歐洲、韓國的資本普遍看好,預計到2025年開始小批量進入市場,將成為電動汽車取代燃油汽車的利器。


值得注意的是,今年五月,據外媒報道三星正計劃與現代合作開發電動汽車,其固態電池未來或將應用于現代汽車的電動汽車上。在此前的三月,三星高等研究院與三星日本研究中心表示,三星已研發出一種高性能的固態電池,這種電池的循環壽命超過1000次,可以讓電動汽車在單次充電的情況下行駛800公里。


事實上,全球主流車企和動力鋰電池巨頭公司都在加速研發固態電池技術。大眾將在歐洲建廠生產固態電池,預計在2024-2025年間實現量產;寶馬則于2017年開始牽手SoildPower開發固態電池;豐田與松下宣布成立合資公司生產固態電池,戴姆勒牽手加拿大魁北克水電公司加速固態電池應用,固態電池的量產節奏呈現日漸加快之勢。


國內車企也不甘示弱。2019年年初,天際汽車就推出了首款搭載固態電池的ME7樣車,據說量產車型會在2021年正式上市,能量密度將會達到300Wh/kg,同年四月就跟輝能科技達成了合作關系。


同年八月,蔚來汽車也跟輝能科技達成了戰略合作關系,雙方將共同致力于固態電池的研發,產品也會首先供應給蔚來旗下車型使用。同年九月,愛馳汽車也跟輝能科技展開合作,雙方也會推進固態電池相關技術的應用和開發。


從電池生產公司的布局來看,比亞迪表示,正在積極推進固態電池項目商用;國軒高科2019年推出了半固態電池的試生產線;寧德時代在聚合物固態鋰金屬電池和硫化物基固態電池方向都有研究;贛鋒鋰業年產億瓦時級第一代固態鋰離子電池研發中試生產線已建成試產;江蘇衛藍2019年舉辦了固態電池項目奠基,計劃于2020年建成年產0.1GWh固態電池生產線;輝能科技稱2023年將開始全固態電池試產,2024年全固態電池量產。


2十年磨劍


誠然,固態電池是非常理想的新型電池,但是在產業化過程中仍面對不少問題,要實現大規模量產仍需時日。


據業內人士分析,從液態到固態,對電池結構和生產來說都是一個巨大變革,而這種革命對電池公司而言并不容易。現在液態電池的生產是在極片之間注入電解液,而固態電池內部是固體,這就決定不可能用現有的生產工藝、設備生產固態電池,這對電池生產公司是一項很大的挑戰。


“固態電池以及其他新的電池技術都面對的一大挑戰是與鋰離子廠的競爭,”能源研究機構WoodMackenzi分析師RoryMcCarthy表示,由于鋰離子廠正在全球擴張,因此生產成本將快速下降。而建立一座廠的時間周期基本要4~5年才能全面投產,資產回報要等上10年左右。


假如單從價格方面考量,正如諾貝爾化學獎得主吉野彰所說:“未來10年,鋰離子電池仍將主導電池行業。”


值得注意的是,目前市面上好多說要量產的“固態電池”大多是“固態鋰離子電池”,這種固態電池的電解質是固態,但在電芯中有少量的液態電解質,所以應該統稱為“準固態電池”;而全固態電池的量產難度更大。


從技術上講,全固態電池必須先攻克兩大難題:固體電解質材料離子電導率偏低;和固體電解質/電極間界面阻抗大,界面相容性較差,充放電過程中各材料的體積膨脹和收縮,導致界面容易分離。


國內某動力鋰電池Tier1廠商表示,其全固態電池還在開發中,雖然也制作了樣品,但要實現商品化,恐怕要到2030年以后。


綜合吉野彰前面的話來看,固態電池想要真正實現大規模產業化,這仍需的時日,大約是十年。


正是:寶劍鋒從磨礪出,十年磨劍安天下。


十年磨劍安天下固態構筑動力鋰電池防火墻


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