登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
目前国内已经有多家动力电池厂商推出了重量能量密度在300Wh/kg以上的动力电池产品,以满足电动汽车日益增加的续航里程对高能量密度动力电池的需求,但是基于液态电解液的锂离子电池能量密度马上要触碰到天花板,目前普遍认为现有的锂离子电池体系的能量密度上限是350Wh/kg,要进一步提升电池的能量密度就需要采用新的体系,从现有的技术来看,基于固态电解质的全固态电池技术是最有希望的下一代电池技术候选者,包括崔屹、Goodenough等一批顶尖学者都对全固态技术抱以厚望。
(来源:微信公众号“新能源Leader”作者:凭栏眺)
全固态电池采用固态电解质,相比于液态电解质其机械强度更高,能够抑制锂枝晶的生长,因此理论上全固态电池可以通过采用Li金属负极达到500Wh/kg以上的能量密度,但是实际上固态电池还存在诸多问题需要克服,例如界面接触问题、固态电池生产工艺和固态电解质膜薄化等等,因此目前绝大多固态电池仍然处于实验室探索阶段。
固态电解质从成分上主要可以分为氧化物类、硫化物类和有机聚合物类,其中氧化物电解质由于高电导率和良好的环境适应性得到了广泛的研究,今天我们就来分析一下氧化物电解质的量产技术和成本。
首先我们来对比一下氧化物类、硫化物类和有机聚合物类固态电解质的优缺点(如下表所示),聚合物类电解质在加工性上要远远好于其他两类电解质,但是聚合物电解质在常温下电导率较低,对电池的放电能力有一定的影响,硫化物电解质电导率优异,加工性能较好,但是在大气环境中会与空气中的水分发生反应,生成剧毒的H2S气体,因此生产过程需要在保护气氛中进行,氧化物固态电解质电导率优异,空气环境中的稳定性优异,但是加工性能较差。
固态电解质相对于液态电解质电导率较低,因此为了降低电池的内阻,提高电池的大电流放电能力,需要将固态电解质膜尽可能的做薄,固态电解质的面电阻可以通过下式计算,其中L为电解质的厚度,δ为电解质的电导率,我们以电导率为20mS/cm,厚度为25um液态电解质为例,其面电阻为0.125Ω/cm2,但是实际上由于液态电解质采用的隔膜孔隙的迂曲度较大,因此实际上电解液的面电阻可达3.75Ω/cm2,而固态电解质不需要采用隔膜,因此要实现与电解液相同的面电阻,固态电解质的电导率可以更低一些,我们以10um的固态电解质为例,要达到与电解液相近的效果,仅需要电导率达到0.27mS/cm。
氧化物固态固态电池制备面临的问题主要是如何获得更低孔隙率和更高电导率的电解质层,为了实现这一目标,烧结是常用的方式,但是近年来的研究表明在高温下大多数的正极材料都会与固态电解质发生反应,例如LNMO与LLZ在600℃以上会发生反应,NCM622材料与LLZ在700℃以上时就会发生反应,但是为了降低固态电解质的孔隙率和提高电导率烧结温度通常需要达到1000℃以上,因此氧化物固态电池的正极制备并不能通过简单的烧结进行解决,而需要采用更加复杂的工艺。
固态燃料电池(SOFC)和固态电容器(MLCC)中也采用了氧化物固态电解质技术,能够为氧化物全固态电池的生产提供一定的参考,目前常见的能够用于氧化物固态电解质薄膜的制备工艺如下表所示,其中气相沉积方法在制备大尺寸和大厚度(5-30um)的薄膜时出错概率过高,因此并不实用,而等离子或火焰喷雾法则因为材料的稳定性问题也无法应用,因此最后能够用于氧化物全固态电池生产的方法仅有6种,下图展示了6种薄膜制备方法在固态电解质层和正极层制备中的便利程度,以及在固态电池制备种的可靠性。
下图为作者根据上面的分析设计的两种可行的氧化物固态电池的生产流程,其中下图a为正极支撑型,首先将正极材料、固态电解质、粘结剂、添加剂和溶剂等混合浆料涂布在集流体上,干燥后进行激光切割,然后进行低温焙烧,然后再次进行激光整形,然后采用喷雾沉积方法在电极表面沉积一层固态电解质层,然后在中等温度下进行烧结(600℃),制备好的极片与金属锂负极组合后就可以制备成为全固态电池,这种方法的优势是不需要采用高温,因此避免了副反应的发生,同时正极和电解质层可以采用不同的固态电解质类型,以充分发挥他们的优势,该方法主要的不成熟环节为喷雾沉积法工艺。
下图b则展示了三层复合结构固态电解质层电池的制备工艺,首先进行多孔结构电解质层的制备,然后再涂布一层高密度电解质层,高温烧结后在多孔层一侧涂布正极浆料,使其深入到多孔结构中,然后进行低温烧结,确保正极材料与电解质之间良好的离子电导率,最后将融化的金属Li涂布在固态电解质的另外一侧完成电池的组装。
影响动力电池应用的另一大因素就是其生产成本,虽然目前固态电池多数还停留在实验室阶段,成本估计还缺少有效数据,但是我们可以通过与其接近的SOFC燃料电池进行估算(如下图所示),下图a为SOFC电池的生产成本,包括人工和烧结在内的加工成本占到了75%,而材料成本仅为25%。由于三层复合电解质层固态电池的生产过程与SOFC电池接近,因此我们可以采用SOFC数据对其成本进行预测,目前全固态电池的材料成本主要受到氧化物固态电解质LLZ的控制,目前LLZ的价格高达2000$/kg,但是随着固态电池技术的发展,因此LLZ的成本会发生大幅的下降,这里可以假设LLZ最低成本能够降低到50$/kg,因此在电池结构相近的情况下,正极LNMO厚度为70um时,单个电池的成本为0.12$,如果降低正极的厚度提高到150um,则单个电池成本会提高到0.23$。
由于固态电池的生产成本中大多数为生产过程成本,因此扩大生产规模能够有效的降低电池的成本,从下图b能够看到在小规模生产(10000只/年)时生产过程成本会达到750-2500$/kWh,但是如果产能扩大到1亿只/年(10-20GWh/年),则生产过程成本会大幅下降到75-240$/kWh,因此最终全固态电池的成本有望下降到140-350Wh/kg。但是即便如此,生产过程成本仍然占比超过50%,相比于锂离子电池(过程成本仅为20-30%)仍然明显偏高。
材料成本仍然对于固态电池有重要的影响,从下图c能够看到如果LLZ电解质的成本下降到20$/kg,则采用LNMO正极时电池的成本能够降低到180-310$/kWh,如果采用高镍NMC则成本有望进一步下降到120-210$/kWh,而全固态电池最终目标150$/kWh,还需要进行大量的优化工作。
氧化物固态电解质电导率高,环境稳定性好,是固态电池电解质的最佳选择之一,但是固态电解质硬度大,加工性能较差,因此设计合适的生产工艺就显得更为重要,同时现阶段由于固态电池的生产成本还比较高,后续通过原材料成本下降和规模效应能够有效的降低的固态电池的生产成本,有望降低到150$/kWh。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星电池网获悉,据工信部消息,为进一步做好新能源汽车动力电池综合利用工作,3月25日,节能与综合利用司组织召开线上研讨会,部分省份工信部门的相关工作负责同志参加会议。节能与综合利用司重点介绍了《新能源汽车动力电池综合利用管理办法》编制进展,反馈了2023年摸底调研相关情况。各地介绍了
北极星电池网获悉,来自瑞典电池制造商Northvolt的消息显示,3月25日,其位于德国海德的NorthvoltDrei电池超级工厂正式开工。据悉,该工厂将利用德国第一个风电场所在地区的可再生风力发电,计划雇用约3000名员工,最大年产能为60GWh,足以为大约100万辆电动汽车提供电池产品,将于2026年开始首次运营
潺潺的流水应和着青山和花海,悠扬的驼铃传唱着千年的故事,这片古老的西北大地,早已改变雾霾沙尘的旧貌,绿色新颜扮靓了西宁湟中的山河。清洁能源送进千家万户、袅袅炊烟中飘出欢声笑语,绿色发展让西宁民众的生活更加美好。日前,格力钛新能源系列车型齐进青海省西宁市,承担湟中区绿色交通网络建设
2024年政府工作报告指出,过去一年来,我国的电动汽车、锂电池、光伏产品“新三样”出口增长近30%。下一步,要加强大型风电光伏基地和外送通道建设,推动分布式能源开发利用,发展新型储能。政府工作报告首次提及锂电池、新型储能,这对锂电行业发展无疑是个积极的信号,在一定程度上会推动产业的发展
日前,中国台湾省固态电池厂商辉能科技(下称辉能)官宣:今年量产固态电池。消息只在自媒体、垂类媒体中赚到了些点击量,却未在电池制造业、新能源汽车商和学术界引发太大波澜。平心而论,动力电池和新型储能电芯市场规模足够大,人们乐见固态电池领域取得的每一项技术突破,无论实现突破的是中国企业
北极星储能网获悉,据宁德时代消息,3月21日,上海久事(集团)有限公司(以下简称“久事集团”)与宁德时代新能源科技股份有限公司在福建宁德签署战略合作协议。根据协议,宁德时代将为久事集团提供动力电池维保等授权,拓宽动力电池售后衍生服务市场;完善新能源客货运、旅游交通工具数字管理平台,
北极星电池网获悉,据“江宁发布”消息,近日,江苏南京江宁招商团赴瑞典、韩国开展招商引资促进与经贸合作交流,签约引进总投资达17.67亿美元的9个外资项目。其中,江宁滨江开发区与韩国电池巨头LG新能源进行签约,总投资约8亿美元(约57.7亿元人民币),主要涉及动力电池、储能电池等生产项目。资料
近日,中建二局华东公司承建的翔蜂新能源产业园项目一期正式完工。项目位于江苏省常州市金坛区,占地约656亩,建筑面积约41万平方米,是江苏省重点工程,定位为高标准、智能化、零排放的环保型AI工厂,旨在打造国内领先的洁净厂房,配置世界先进的电池自动化生产设备,自动化率达95%。项目建成后,对蜂
根据公告显示,2023年,比亚迪集团营业额为人民币602315百万元,(约为6023亿)同比提升42.04%。其中汽车、汽车相关产品及其他产品业务的收入约人民币4834亿元左右,同比增长48.90%。2023年,比亚迪汽车销量强势领跑,实现同比超60%的大幅增长,持续创历史新高,蝉联中国车企乘用车销量第一。去年11月
锂电池行业去库存以及价格战,将是一个非常长期的过程。据工信部的数据,自2022年我国锂电池行业总产值首次突破万亿元大关之后,2023年这一数据再创新高,超1.4万亿元。同时,2023年,锂电池行业产品价格出现明显下降,电芯价格降幅超过50%。产品价格下滑的同时,产能利用率也在下滑。以锂电池头部上市
3月26日,智己汽车联席CEO刘涛在社交媒体上称,凭借纳米级固态电解质等独家专利技术,智己L6所采用的电池将成为行业首个准900V超快充固态电池,可在更短时间完成近千公里的补能。更安全的固态电解质,从电芯层面就保证电池的超高等级安全,将实现整包L0无热蔓延、不起火。除了智己,丰田、本田、长安、
美国国橡树岭国家实验室(ORNL)的科研人员开发出一种新型锂基固态电解质材料Li9N2Cl3。该材料表现出优异的锂相容性和大气稳定性,可用于制造高面积容量、持久的全固态锂金属电池。Li9N2Cl3具有无序的晶格结构和空位,有效促进了锂离子传输,且由于其固有的锂金属稳定性,可以在10mA/cm2的电流密度和10
全固态锂电池可以克服目前商业化锂离子电池在安全性上的严重缺陷,同时进一步提升能量密度,对新能源车和储能产业是一项颠覆性技术。但是,由于全固态锂电池的核心材料—固态电解质—难以兼顾性能和成本,目前该技术的产业化仍面临巨大阻碍。6月27日,中国科学技术大学的马骋教授报道了一种新型固态电
界面涂层材料和固态电解质材料研发商陕西瑞智新能源科技有限公司(以下简称“瑞智新能源”)近日完成数千万元天使轮和天使+轮融资,由萃英创投、湖南湾田集团、西北工业大学联合投资。融资资金将用于产品迭代、生产设备扩充和初代产品交付等。瑞智新能源成立于2021年,是西北工业大学新能源电池领域首
北极星电池网获悉,9月7日,中科固能硫化物全固态电解质生产基地项目在江苏溧阳签约,该项目建成后将成为世界范围内首条百吨级规模化制备硫化物固态电解质的生产线,为未来建成万吨级别硫化物固态电解质的制备提供经验基础及数据支撑,并同时在设备设计、工艺路线等方面取得世界领先地位的核心关键知识
日前,恩力动力和软银公司成功开发出使用硫化物固态电解质及锂金属负极的全固态锂金属电池,成功制作了安时级(1-10Ah)ASSB电芯,其实测能量密度达到300Wh/kg。此次发布的全固态电池是100%使用硫化物基固态电解质,完全不含有机液体电解质,可望彻底解决燃爆、漏液等传统锂离子电池的固有问题。另外,
据日经中文网消息,日本大阪公立大学开发出了用于制造全固态电池的固态电解质的新材料,在不使用资源分布不均的稀有金属锗的前提下,达到了纯电动汽车(EV)所需的部分性能。虽然此前就有以相同材料研发的固态电解质,但本次研究改进了结晶结构,使其电导率提高至之前的1万倍。
近日,中科院创投直投企业「蓝固新能源」完成超亿元A+轮融资。本轮融资由隐山资本、九智资本领投,富华资本、苏控创投、皇城相府等机构跟投,募集资金将主要用于产线建设、技术研发等。资料显示,蓝固新能源主要布局新型电解质材料。截至目前,蓝固新能源已建成千吨级固态电解质产线,拟于2024年规划启
近日,中国科学技术大学姚宏斌课题组、李震宇课题组与浙江工业大学陶新永课题组合作,设计开发出镧系金属卤化物基固态电解质新家族LixMyLnzCl3(Ln为镧系金属元素,M为非镧系金属元素)。实现无任何电极修饰且室温可运行的全固态锂金属电池。相关研究成果于4月5日发表在Nature杂志上。
北极星电池网获悉,近日,中国科学技术大学姚宏斌课题组、李震宇课题组与浙江工业大学陶新永课题组合作,设计开发出一种镧系金属卤化物基固态电解质新家族,镧系金属卤化物基固态电解质可实现无任何电极修饰且室温可运行的全固态锂金属电池。相关研究成果于4月5日发表在《自然》杂志上。金属卤化物固态
北极星储能网获悉,3月27-28日,深圳市电池行业协会与深圳吉阳智能科技有限公司共同承办的中国电池产业创新发展论坛在深圳南山区举行。中国工程院院士陈立泉在论坛指出,储能产业和低空经济的关键是固态电池,特别是固态锂电池和固态钠电池。考虑成本和技术成熟度等情况,目前主要是原位固态化技术路线
据外媒报道,日本东北大学(TohokuUniversity)的研究人员研制了一种锂离子电池用聚合物固态电解质,在保持设备导电性的同时比通常使用的电解质更加安全。在发表于《交叉科学》(iScience)期刊的论文中,科学家解释称,液态碳酸亚乙酯(EC,EthyleneCarbonate)及其凝胶因其耐电压性和离子导电性而被
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!