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全固态锂二次电池的生产设备虽然与传统锂离子电池电芯生产设备有较大差别,但从客观上看也不存在革命性的创新,可能80%的设备可以延续锂离子电池的生产设备,只是在生产环境上有了更高的要求,需要在更高级别的干燥间内进行生产,这对于具备超级电容器、锂离子电容器、镍钴铝、预锂化、钛酸锂等空气敏感储能器件或材料的企业来说,制造环境可以兼容, 但相应的生产环境成本显著提高。
7 全固态锂电池发展大事件
图4 全固态锂电池发展大事件图
(图中仅罗列全固态电池行业部分大事件,如有遗漏,欢迎补充)
8 全固态锂电池的展望
目前新能源汽车的发展已经明确上升到国家战略层面,其中动力电池是新能源汽车最关键的核心部件,其关键程度可见一斑。
按照我国《节能与新能源汽车技术路线图》,2020年的纯电动汽车动力电池的能量密度目标为300 W˙h/kg,2025年目标为400 W˙h/kg,2030年目标为500 W˙h/kg。公开资料显示,当前采用三元正极材料和石墨负极材料的液态电解质动力锂离子电池的能量密度极限在250 W˙h/kg左右,而引入硅基复合材料替代纯石墨作为负极材料,液态电解质动力锂离子电池电芯的能量密度可以达到300 W˙h/kg,上限约为350 W˙h/kg(已经在特斯拉Model 3上使用的松下21700电池,正极采用镍钴铝三元材料,负极采用硅基复合材料,自称能量密度已超过300 W˙h/kg)。
“如果能量密度进一步提高,一定要从现在开始就要考虑全固态锂电池。”中国工程院陈立泉院士在近日公开演讲中称,“电动汽车产业中长期发展需要进行技术储备,而全固态锂电池有望成为我国下一代车用动力电池主导技术路线。发展全固态锂电池,刻不容缓”!
而从世界范围内看,几大老牌强国几乎都已经确立了新能源车发展规划,9月7日,苏格兰民族党(SNP)党魁尼古拉∙斯图金在议会上称,将争取于2032年停止销售汽油和柴油汽车来减少空气污染。实际上,不止是苏格兰,挪威、荷兰、德国、英国、比利时也都已经出台或准备出台有关废止燃油车的政策。所以,我们可以想象,到2050年,去欧洲旅游、出差,放眼望去,在路上跑的都是新能源汽车。反观我们国家,从实际出发也做了相关的发展规划,在已经发布的《汽车产业中长期规划》中,我国汽车产业目标到2020年,实现汽车产销量3000万辆,其中新能源汽车200万辆;到2025年,实现汽车产销量3500万辆,其中新能源汽车700万,占比20%。
为应对新能源汽车越来越急迫的高性能需求,各国都已经开始布局高能量密度锂电池, 如日本政府提出,2020年动力电池电芯能量密度将达到250 W˙h/kg,2030年达到500 W˙h/kg;美国先进电池联合会(USABC)提出将2020年电芯能量密度由原来的220 W˙h/kg提高至350 W˙h/kg;中国国务院发布的《中国制造2025》中明确提出,2020年中国动力电池单体比能量达到300 W˙h/kg,2025年达到400 W˙h/kg,2030年达到500 W˙h/kg。美国Battery500项目提出,2020年研制出能量密度达到500 W˙h/kg的动力电池样品。提高电芯能量密度,必然要求兼顾安全性,因此发展全固态锂二次电池技术,具有重要的意义。
在各国政策的引领下,一场全球范围内的全固态锂二次电池技术竞赛已经开启,预计混合固液锂二次电池2020年有望率先进入终端市场,全固态锂二次电池2022年开始进入终端市场,最后随着循环性、倍率、高低温、安全性等综合技术指标的提升,逐渐进入电动汽车市场,而蜂拥而至的研究机构和企业联盟有可能将全固态锂二次电池的面世时间 提前!
值得庆幸的是,此次处于国家复兴大背景中的中国全固态锂二次电池研究进度已经处在快速发展的阶段。期待此次我国电池行业能够抓住电池技术迭代的机会,实现电池和汽车领域的并跑与领跑。
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