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各大企业争相研发,固态电池成为下一代锂电技术制高点

来源:中国拟在建项目网    2020/05/29    
       近年来,各种电池新技术层出不穷,如无钴电池、石墨烯电池、刀片电池、固态电池等等。其中,固态锂电池因为安全性能好、能量密度高,被认为是未来电池技术发展的重要方向之一。

  看好固态电池的巨大潜力,越来越多的企业加入到固态电池技术的研发队伍中。

  企业纷纷加码固态电池

  今年3月,三星宣布发明了一种提高全固态电池寿命和安全性的方法,使这种电池有望替代锂离子电池。这种电池采用固态电解质,在高温下不易燃,还能抑制锂枝晶生长避免穿刺短路。此外它使用银碳(Ag-C)复合层作为阳极,能将能量密度提高到900Wh/L。

  据三星说法,其原型电池充满电后,可以让电动汽车一次行驶超过800公里,电池循环寿命超过1000次,并且体积比同容量锂离子电池小50%。也正因此,固态电池被认为是未来10年最适合电动汽车的动力电池。

  光大证券报告指出,“固态电池领域进入“军备竞赛”阶段,各企业期望抢占先机以赢得市场份额。固态电池领域市场参与者众多,车企、电池企业、投资机构、科研机构等在资本、技术、人才三方面进行博弈”。

  国内外企业纷纷加大固态电池技术的研发投入,以期在下一代动力电池技术竞争中掌握主导权。

  国外如宝马、丰田、现代、大众等。其中,宝马2017年就开始牵手SoildPower开发固态电池;丰田作为较早着手研发固态电池的车企之一,侧重硫化物固态电解质技术路线,有望在2022年推出搭载固态电池的车型;现代集团已投资IonicMaterials用于固态电池研发,为IonicMaterials出钱的还有三星和戴森;大众将在欧洲建厂生产固态电池,并有望在2024-2025年间实现量产。

  国内如宁德时代、比亚迪、国轩高科、中航锂电、江苏清陶、力神电池、亿纬锂能、辉能科技、横店东磁当升科技、赣锋锂业等,都有布局固态锂电池技术。

  其中,今年4月,辉能科技完成近亿美元D轮融资,本轮融资将用于固态锂电池的商业化落地和工厂建设。今年辉能科技预计将完成1GWh车载固态电池产线的试车,2021年开始量产。

  赣锋锂业早在2019年12月就曾表示,已经完成3亿元固态电池销售;国轩高科表示,半固态电池技术已处于实验室向中试转换阶段;宁德时代在聚合物固态锂金属电池和硫化物基固态电池方向都有研究;比亚迪表示,正在积极推进固态电池项目商用……

  下一代锂电技术制高点?

  固态电池是一种不用有机电解液与塑料隔膜,采用固体电极与固体电解质的锂电池。与锂离子电池相比,其在有效地减少体积和质量的同时,还能提升锂电池的能量密度,很好地解决了当前三元锂电池高安全和高能量密度的矛盾,被各方广泛看好。有机构认为,固态电池是下一代锂电技术制高点。

  荣获2019年诺贝尔化学奖的日本科学家吉野彰(ArikaYoshino)曾表示,“我认为固态电池代表了未来的一个方向,固态电池在基础研发方面已经取得了重大的突破性进展,而对于大规模量产的研发技术也正在进步。”

  2019年12月,工信部发布《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》(征求意见稿),在“实施电池技术突破行动”中,加快固态动力电池技术研发及产业化被列为“新能源汽车核心技术攻关工程”。

  各个国家对于固态电池发展的目标和规划也日渐明晰:美国能源部的部署着重于电池正负极材料的革新、电芯优化和降低成本或者解脱电池对重要材料如钴的依赖,以及回收利用动力电池材料;中国着力于固态电解质的研发,2020年或将固态电池研发上升至国家战略层面,加快固态电池发展;德国政府的策略是加大资金扶持;日本为应对多元化的市场需求、保持在世界市场上的竞争力、降低技术发展的不确定性,汽车技术没有集中在某一领域。

  全面产业化仍需时间

  固态电池潜力巨大,有希望获得安全性更高、单体能量密度更高(>350Wh/kg)和寿命更长(>5000次)的动力电池。不过目前固态电池的工艺路线还不成熟,产业化尚需时间:

  预计在2025年前后,半固态电池可以实现量产,2030年前后实现全固态电池的商业化应用。我国提前布局,部分企业已进入固态锂离子电池(半固态电池)中试阶段,2025年前可能实现固态电池量产。

  固态电池没有在量产车上搭载的原因很多。如使用固态电解质之后,固态电池存在电导率偏低,界面阻抗和稳定性问题。

  解决上述问题的办法是找到合适的电解质,让它的结构能达到既让锂离子顺畅通过,又能解决接触的问题。目前有三种主流固态电解质,聚合物、氧化物、硫化物,但是它们各自又有各自的问题,比如难加工、化学稳定性差等。

  此外,固态电池想要最终实现量产还要考虑到成本和效率的问题。之前已有预测,固态电池成本远高于锂离子电池,未来固态电池若想实现产业化,降本显得极为重要。近两年,清陶、卫蓝新能源、辉能科技等企业将建固态电池生产线。

  光大证券表示,向全固态锂电池过渡是锂电技术进步的重要趋势;目前,全球都在加快固态电池的研发,虽然距离产业化尚需时间,但如电解质或负极材料选择与改性、电池工艺革新都应是一步一步探索的过程;建议持续关注企业与科研单位的创新技术成果的发布、并持续关注龙头公司的锂电产品的研发进展。

  总之,想要尽快将固态电池技术产业化,需要打通和建立上下游产业链,并要研发新材料和新设备。

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