储能材料

固态电池市场前景可期 中美日韩企业角逐激烈!

2019-11-13 08:44:18 前沿材料 作者:材料委天津院

固态锂电池即电解质采用固体材料的二次电池,核心材料主要有正极、负极、固体电解质、集流体、极柱等材料。固态电池根据电解质的形态可以分为两种类型,一种是全固态电池,即完全采用固体电解质而不使用任何液体,所有的材料都以固体形式存在;另一种是固液混合电解质电池,电池中同时含有固体电解质与增塑剂。

(来源:微信公众号“前沿材料” ID:FrontierMaterials 作者:材料委天津院)

全球产业现状

2019年1月30日,株式会社富士经济发布了《二次锂离子电池全球市场实态调查》报告。在未来几年中,锂电池的市场份额仍将持续攀升,且主要应用于纯电动汽车领域。固态电池作为下一代电池技术,未来的市场前景将非常明朗。因此,在固态电池尚未进入大规模量产的阶段,日本、韩国、美国等多个国家和全球知名企业纷纷布局,大力发展固态电池技术。

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目前,在产业化进程中,已呈现出多方角逐的局面。以丰田为龙头的日本企业依靠国内政策的有力扶植和自身强大的研发实力走在了世界前列,日本针对全固态电池的研发主线,已经从最初的探索高性能的电解质材料,逐步转移到解决诸如电芯的试制、制造工艺的开发、充放电循环寿命等课题之上。研究重点已经进入了根据不同的应用,尝试正极材料和负极材料的适当组合,以及尝试实现大规模量产的制造工艺开发的阶段;美国则拥有一大批高校衍生的初创企业,如QuantumScape、SEEO、Solid Power、Solid Energy Systems、Ionic Materials 等,这些初创公司以其在固态电池技术方面的先进性,确保美国进入全球固态电池研究水平的第二梯队;韩国三大电池生产商三星 SDI、LG 化学、SK 创新则选择联合开发。

目前,我国固态电池的发展正处于产业化的前期,有部分企业虽然具有相关产品的量产水平,但技术仍不够成熟,应用领域也较为狭窄,距离固态电池真正意义上的产业化还有一段路要走。国内正在进行固态锂电专利布局的企业包括江苏清陶能源、比亚迪、桑顿新能源、赣锋锂业、北京卫蓝、国轩高科、宁德时代等。此外,如珈伟股份、万向、鹏辉能源、横店东磁等也都宣布涉足固态电池领域,但大部分企业仍处于规划布局阶段。

学术研究

对于大容量、高能量密度、高安全性全固态锂电池的研究,国内外近些年都在不断加大投入,取得了一定的进展,电池性能也大幅提高。2018年11月21日,马里兰大学研究人员通过在石榴石型固体电解质上部分地合成Li-Mg合金负极构建了一种电子/离子双导电固体框架作为 Li 负极的有效主体,提升了固体Li负极的容量、电流密度及循环寿命。并在石榴石型全固态锂电池中获得了750mAh/cm 2 的创纪录高累积容量。2018年12月4日,美国橡树岭国家实验室报道其研究人员通过对锂离子电池内部工作原理的研究,开发了一种高灵敏度的技术来表征和测量电解质和电极界面。

我国在该领域的学术研究也在不断探索中,清华大学、北京科技大学等高校及中科院下属科研院均将固态电池作为研发重点并努力突破。中国科学院北京纳米能源与系统研究所提出了一种基于石榴石(Li 7 La 3 Zr 2 O 12 )的混合固体电解质(HSE)膜,专用于高性能固态锂电池。北京科技大学材料基因工程高精尖创新中心、清华大学与美国德州大学奥斯汀分校合作研发两种具有较高电导率、较强柔韧性、高放电容量和优异循环性能的复合固体电解质。中科院宁波材料技术与工程研究所开发了一系列高性能固态电解质材料、基于原位固态化的混合固液电解质电芯以及全固态锂电池单体,为推动下一代动力电池技术奠定了基础。

为进一步促进我国固态电池的全面发展,应从原材料方面、技术路线方面、专利布局方面、产业配套方面与设计开发方面入手,各方面协同发展,产学研结合,打造高质量产业链。


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