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电动汽车频现自燃 固态电池能否堪大任?

北极星储能网  来源:能源杂志  作者:师雨菲  2020/6/28 14:11:19  我要投稿  

北极星储能网讯:入夏以来,电动汽车自燃事故频发。仅5月,全国出现的新能源汽车自燃事故就高达5起,而造成这些事故的“元凶”大多来自于电动汽车的“心脏”——动力电池

(来源:能源杂志 ID:energymagazine 作者:师雨菲)

当前,新能源汽车动力电池采用的液态电解质存在易燃性这个致命问题,高温季节下的汽车内部温度偏高和电池的充电速度过快均会导致电池过热,从而造成电芯损害甚至导致汽车自燃事故发生。

据2011-2019年新能源汽车事故调研数据显示,热失控扩散导致动力电池出现安全问题的比例占50%以上。事实上,新能源汽车的安全隐患对车企而言,已经成为制约其发展的短板。

6月8日,工信部发布开展新能源汽车安全隐患排查的通知,要求新能源汽车生产企业及动力电池供应商于今年10月底前完成对生产的新能源汽车的安全隐患排查工作。人们对新能源汽车的质量和安全问题迫使动力电池的重心不得不由技术革新向安全性转移。

为解决动力电池易燃问题,固态电池路线从各种层出不穷的电池技术中脱颖而出。它采用锂、钠制成的玻璃化合物作为传导物质取代传统电解液,能够有利解决当前锂离子电池易燃的问题,并提高续航能力。

固态电池进行时

毫无疑问,固态电池是下一代锂电池技术的制高点。

去年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)显示,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”。

截至今日,全球已有超100家的固态电池企业和相关研发机构。其中大型车企、传统锂电池厂商占据主导,占比高达50%。

6月16日,德国大众汽车集团(下称“大众集团”)继2018年豪掷1亿美元布局全固态电池后,再次增资2亿美元增加其在美国电池技术公司QuantumScape中的股份。加之此次投资,大众集团在电池领域的直接投资已高达178.3亿元。

此次增资对象QuantumScape成立于2010年,是斯坦福大学的衍生公司,拥有200余项固态电池技术专利和专利申请量。其试制的全固态电池安装在车辆驱动系统上已完成了操作测试实验。大众集团认为,如果使用全固态电池,公司的EV车型“e-golf”的续航里程可以从现有的300公里提升至750公里。

不过,当前大众集团在电解质材料上还没能做出最终决断。公司表示,固态电池产业化应用或投入到整车之中,最早要到2025年。

而丰田的固态电池产业化时间表似乎要比大众集团提前,它计划将于2年后在汽车上使用。丰田的固态电池之路早在3年前就已开启。彼时,丰田投入200余人加速研发硫化物固态电解质技术。截至日前,它在固态电池领域拥有的专利数量已高达252件。

据丰田的公开专利显示,其研发的固态电池已完全去除有机隔膜层,颠覆了延续几百年的传统电池结构。不过,硫化物电解质遇水易导致剧毒硫化氢气体的产生是制约其实现产业化的最大阻碍。

与国外的产业资本主导局面有所差别,在中国,加大力度布局固态电池的玩家主要以供应链公司与科研公司的风险资本为主。

数日前,合众与清陶(昆山)能源发展有限公司(下称“清陶”)于江西宜春签署战略合作,二者将共同推进固态电池的研发与应用。此前,二者已进行近两年的联合研发和测试。

合众首席技术官王可峰表示,公司旗下第二款量产车哪吒U将成为全球首款搭载固态电池的量产车,并计划于今年10月进入工信部《道路机动车辆生产企业及产品公告》,预计年底前量产500台。

不过,合众内部人士表示该计划的实现仍存在很多困难,更多是为了噱头。

除清陶外,卫蓝新能源在国内固态电池领域也有一席之地。在过去三年间,卫蓝新能源共融资两次,其分别在北京房山与江苏溧阳拥有两大生产基地,总投资超3亿元。

如今,已经有越来越多的玩家在固态电池赛道加大注脚,他们以期在下一轮动力电池技术竞争中掌握主动权。

难以实现的产业化

更多的玩家,更大的投入,却仍难以改变固态电池产业化一直延期的事实。

业内人士认为,看似红火的固态电池市场,实则更多是风险资本在吹泡泡,风险资本并不能从根本上推动技术的进步,产业化在未来十年内无望。

当前采用固态电解质的动力电池能量密度还不具备优势。据专家测算,当前采用液态电解质的软包电芯能量密度可达297W·h/kg,若用同体积的固态电解质置换液态电解质,除采用聚环氧乙烷PEO-LiTFSi电解质能量密度可达301.5 W·h/kg外,采用锂镧锆氧(LLZO)、磷酸钛铝锂(LAGP)、锂镧钛氧(LLTO)等其他无机电解质的电池电芯能量密度分别为186W·h/kg、216.8W·h/kg和187 W·h/kg,均显著低于液态电解质电芯。

不过,若将负极材料更换成金属锂,其能量密度才会彰显。Battery 500 consortium在关于锂金属负极发展展望中称,未来负极采用极薄金属锂,正极采用高镍NCM或者Li2S的固态电池,其电池能量密度有望达到400-500W· h/kg甚至更高。

其次,成本也在制约固态电池产业化进程。

当前,半固态电池成本约2.5元-3元/wh,是普通动力电池的2倍-3倍。占据整车成本近40%的动力电池若无法控制成本,电动汽车将很难满足消费者对价位的需求。

此外,车企的接纳、适配均需要时间。

不过,想要实现固态电池产业化,解决技术难题,首当其冲。当前,界面是固态电池的主要技术难点,固态电解质的传输效果和传输稳定性都不及液态电解质。

液态电解质的离子电导率较高,接触电阻相对较低。而全固态电解质电芯在正负极充放电过程中,颗粒发生体积膨胀收缩,固态电解质相与正负极活性物质的颗粒之间物理接触可能会变差,从而导致其动力不足。

不过,解决动力问题只需要将负极材料更换为金属锂或含有金属锂的复合材料。但届时,全固态电池将面对另一新挑战。在大电流下,金属锂优先在界面析出,若析出的锂占满界面将会降低电化学反应面积。

而这些难题都让固态电池产业化的实现变得遥遥无期。

劲邦资本合伙人王荣进的观点也进一步印证产业化短期内实现之难。他表示:“固态电池从样品验证到SOP验证至少需要6年时间。并且,固态电池预计先要在消费电子领域经过充分验证后,才有可能在电动汽车上使用。”

不过,在通往全固态电池产业化道路上,将由液态电解质逐步向全固态电解质过渡。这种液态电解质中加入固态成分的半固态电池有望成为过渡的中间路线,并在未来两年内实现产业化。但半固态电池的电池特性方向面仍接近液态电池,在固液比例上仍有待平衡。

尽管,如今清陶、辉能科技、卫蓝新能源等都已拥有自己的固态电池产线,并具备小批量生产能力。

但全固态电池产业化仍道阻且长。

原标题:电动汽车频现自燃,固态电池能否堪大任?

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