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国内外企业加速布局固态电池技术 固态电池距离商业化应用还有多远

北极星储能网  来源:中国能源报  作者:樊桐杰  2019/9/11 8:48:31  我要投稿  

北极星储能网讯:固态电池能量密度高、体积小,更具柔性和安全性优势,被认为是动力电池的未来解决方案,但从崭露头角到真正成熟地商业化应用,显然还有漫长的路要走。

固态电池技术正受到企业的热捧:8月29日,赣锋锂业半年报披露,其第一代固态锂电池研制品已通过多项第三方安全测试和多家客户送样测试,年产亿瓦时级固态锂电池中试生产线计划于今年下半年投产;8月22日,蔚来与辉能科技签订战略合作协议,双方将共同打造固态电池包样车,并对固态电池包生产展开深入合作;国际方面,美国能源部向通用拨款910万美元用于先进汽车技术研究,明确表示其中的200万美元须用于固态电池的研发工作……

在三元锂电池大行其道的今天,国内外企业不约而同地加大了对固态电池的投资、研发力度,原因何在?

固态电池优势明显

日前,新能源汽车国家大数据联盟发布的《新能源汽车国家监管平台大数据安全监管成果报告》显示,今年5月至8月中旬,新能源汽车国家监管平台共发现79起安全事故,从动力电池类型看,高达86%的事故车辆使用了三元锂电池,7%的事故车辆使用了磷酸铁锂电池。

北京理工大学电动车辆国家工程实验室副教授孙立清指出,电动汽车不安全的原因主要在于动力电池,既有电池本身的质量问题,也有材料特性造成的问题,材料方面第一个不安全因素就是电解液。电解液属于可燃有机溶液,当出现电池放热失控、散热性能不达标、短路、外力撞击等情况时,都易引起燃烧。而固态电池使用固体电极和固体电解液,与传统锂离子电池相比,优势十分明显。

一是能量密度更高,质量更轻、体积更小。传统锂离子电池的隔膜和电解液加起来占据了电池近40%的体积和25%的质量。如果用固态电解质取代,正负极之间的距离可以缩短至几到十几个微米,金属锂负极代替石墨负极,电池能量密度可以达到传统锂电池的近两倍,质量、体积也大大降低。

二是安全性更高。固态电池里没有气体、没有液体,所有材料都以固态形式存在,稳定性、安全性更好。

三是具备柔性优势。轻薄化后电池柔性程度会显著提高,可以经受几百到几千次的弯曲而保证性能基本不衰减,从而带来更多的功能和体验。

国际化竞争日趋激烈

全球汽车电动化趋势日益明朗,日本、韩国、美国等国家科研机构和企业也纷纷加紧布局固态电池技术储备。

日本丰田、本田、日产等23家汽车、电池和材料企业,以及京都大学、日本理化学研究所等15家学术机构将共同合作,计划到2022年全面掌握全固态电池相关技术;为大幅降低电池起火风险,三星SDI提出了“全固态电池技术发展蓝图”;美国先进电池联合会提出,在2020年将电芯能量密度提高至350Wh/kg,一些初创的电池企业如Sakit3、SEEO、QuantumScape和SolidPower等纷纷宣布在全固态锂电池研发方面取得重大进展。

与日、韩产业主导不同,我国固态电池技术发展目前仍以科研机构和高校为主导:中科院宁波材料所许晓雄团队研发的无机陶瓷固态电池正与赣峰锂业合作尝试产业化;中科院青岛生物能源与过程研究所崔光磊团队研发的固态电池已在马里亚纳海沟完成应用测试;中科院物理所李泓团队推出了10Ah软包电芯固态电池;中国科学技术大学马骋教授课题组和清华大学南策文院士团队合作,制备了倍率性能可与传统浆料涂覆正极相比的复合正极,为克服固态电池中电极-电解质接触差这一瓶颈提供了新思路……

与此同时,赣锋锂业、清陶发展、宁德时代、辉能科技、比亚迪、国轩高科、北京卫蓝等企业均在积极推进固态电池项目。

赣锋锂业旗下浙江锋锂新能源科技有限公司林久博士介绍说,锋锂新能源具备全固态锂电池的研究开发、中试及规模制造能力,除了中试生产线,锋锂新能源还建立了年产百吨的电解质生产线。清陶发展已成功开发出高能量密度、大容量柔性和高安全性高倍率固态锂电池三款产品,将应用于军工特种电源、高端数码、新能源汽车等领域;自2013年起,辉能科技陆续推出三款固态锂电池产品,并依次实现商业化量产,按照规划,辉能科技将在2019年底完成1GWh固态锂电池卷式生产线的扩建。

规模化应用仍存瓶颈

由于兼顾安全性和续航里程优势,固态电池为动力电池向高比能方向发展带来了更多的可能性。

尽管前景可期,但固态电池并非十全十美,仍有一些关键问题有待突破,如倍率性能偏低、充电速度慢、电解质材料缺乏等。

中科院电工研究所储能技术研究组组长陈永翀认为,固态电池要规模应用于电力储能,在降本增寿方面还有相当的困难需要克服,回收处理也是一大难题。

在固态电池的技术路线方面,天际汽车副总裁姜辛指出,固态电池后续需要着重从倍率性能和温度性能两方面进行研究,解决高速和极寒工况续航两大电动汽车痛点。

从铅酸电池到镍氢电池,再到今天的锂电池,新能源汽车的发展始终围绕着动力电池技术的迭代升级。但技术突破不是一朝一夕就能实现,正如业内人士所说,固态电池刚刚崭露头角,要真正成为下一代动力电池的解决方案,还有很长的路要走。

原标题:固态电池距离商业化应用还有多远

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