储能电池

十年磨剑安天下 固态构筑动力电池防火墙

2020-06-09 14:17:19 电池中国 作者:马云腾

当前全球汽车产业电动化浪潮浩浩荡荡,电动汽车销量增长速度也是风驰电掣。然而频繁发生的电动汽车燃烧事件,成为产业发展中的“阿克琉斯之踵”;动力电池亟待建立安全“防火墙”,而固态电池正是以安全著称。

(来源:公众号“电池中国”ID:cbea_battery  作者:马云腾)

1防火墙

据了解,与传统动力锂电池相比,固态电池最突出的优点是安全性。具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性,避免了传统锂离子电池中的电解液泄露、电极短路等现象,降低了电池组对于温度的敏感性,根除安全隐患。

日前,合众汽车与清陶能源达成全面深度合作,双方将共同推进固态电池的研发与应用。清陶能源将作为合众汽车唯一的固态动力电池合作伙伴,为合众汽车提供高安全固态动力电池解决方案,助力合众汽车旗下品牌哪吒汽车为广大用户带来更为安心无忧、畅快便捷的智能出行体验。

合众汽车首席研发官王可峰表示,双方将共同推动固态电池新能源汽车的量产,合众汽车旗下第二款量产车哪吒U也将由此成为全球首款搭载固态电池的量产车。目前,双方已经进行了近两年的联合研发和测试,计划10月份申报工信部公告,年底前量产500台。

与传统锂电池相比,固态电池采用固态电解质替代传统的易燃电解液,同时可采用金属锂负极和高电压正极等新型材料,拥有极高的发展潜力,被认为是最有可能成为下一代动力电池的技术路线。中国科学院院士欧阳明高曾公开表示,基于各国动力电池技术路线的比较,短期来看是液态电解液的锂离子电池,发展高镍三元正极和硅炭负极,中长期将从液态电解质逐步过渡到全固态电池。

“目前新能源汽车动力电池已经历铅酸电池、镍氢电池、液态锂离子电池,进入三元时代,但三元电池能量密度和安全性仍然不能满足政府和市场的需求。”工信部培训中心汽车专家张翔表示,固态电池被日本、中国、美国、欧洲、韩国的资本普遍看好,预计到2025年开始小批量进入市场,将成为电动汽车取代燃油汽车的利器。

值得注意的是,今年5月,据外媒报道三星正计划与现代合作开发电动汽车,其固态电池未来或将应用于现代汽车的电动汽车上。在此前的3月,三星高等研究院与三星日本研究中心表示,三星已研发出一种高性能的固态电池,这种电池的循环寿命超过1000次,可以让电动汽车在单次充电的情况下行驶800公里。

事实上,全球主流车企和动力电池巨头企业都在加速研发固态电池技术。大众将在欧洲建厂生产固态电池,预计在2024-2025年间实现量产;宝马则于2017年开始牵手Soild Power开发固态电池;丰田与松下宣布成立合资企业生产固态电池,戴姆勒牵手加拿大魁北克水电公司加速固态电池应用,固态电池的量产节奏呈现日渐加快之势。

国内车企也不甘示弱。2019年年初,天际汽车就推出了首款搭载固态电池的ME7样车,据说量产车型会在2021年正式上市,能量密度将会达到300Wh/kg,同年4月就跟辉能科技达成了合作关系。

同年8月,蔚来汽车也跟辉能科技达成了战略合作关系,双方将共同致力于固态电池的研发,产品也会首先提供给蔚来旗下车型使用。同年9月,爱驰汽车也跟辉能科技展开合作,双方也会推进固态电池相关技术的应用和开发。

从电池生产企业的布局来看,比亚迪表示,正在积极推进固态电池项目商用;国轩高科2019年推出了半固态电池的试生产线;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;赣锋锂业年产亿瓦时级第一代固态锂电池研发中试生产线已建成试产;江苏卫蓝2019年举行了固态电池项目奠基,计划于2020年建成年产0.1GWh固态电池生产线;辉能科技称2023 年将开始全固态电池试产,2024 年全固态电池量产。

2十年磨剑

诚然,固态电池是非常理想的新型电池,但是在产业化过程中仍面临不少问题,要实现大规模量产仍需时日。

据业内人士分析,从液态到固态,对电池结构和生产来说都是一个巨大变革,而这种革命对电池企业而言并不容易。现在液态电池的生产是在极片之间注入电解液,而固态电池内部是固体,这就决定不可能用现有的生产工艺、设备生产固态电池,这对电池生产企业是一项很大的挑战。

“固态电池以及其他新的电池技术都面临的一大挑战是与锂离子工厂的竞争,”能源研究机构Wood Mackenzi分析师Rory McCarthy表示,由于锂离子工厂正在全球扩张,因此生产成本将快速下降。而建立一座工厂的时间周期基本要4~5年才能全面投产,资产回报要等上10年左右。

如果单从价格方面考量,正如诺贝尔化学奖得主吉野彰所说:“未来10年,锂离子电池仍将主导电池行业。”

值得注意的是,目前市面上好多说要量产的“固态电池”大多是“固态锂离子电池”,这种固态电池的电解质是固态,但在电芯中有少量的液态电解质,所以应该统称为“准固态电池”;而全固态电池的量产难度更大。

从技术上讲,全固态电池必须先攻克两大难题:固体电解质材料离子电导率偏低;和固体电解质/电极间界面阻抗大,界面相容性较差,充放电过程中各材料的体积膨胀和收缩,导致界面容易分离。

国内某动力电池Tier 1厂商表示,其全固态电池还在开发中,虽然也制作了样品,但要实现商品化,恐怕要到2030年以后。

综合吉野彰前面的话来看,固态电池想要真正实现大规模产业化,这仍需的时日,大约是十年。

正是:宝剑锋从磨砺出,十年磨剑安天下。


北极星储能网官方微信

相关推荐

加载中...