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固態(tài)電池的商業(yè)化之路還有很長

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年02月19日  

近日,豐田終于和電動汽車一道上頭條了。新聞稿中頻頻出現(xiàn)的“固態(tài)電池”到底是什么來頭?不僅豐田,寶馬也計劃量產(chǎn)固態(tài)電池車,隔空“叫板”特斯拉,但是據(jù)業(yè)內(nèi)人士表示固態(tài)電池的商業(yè)化之路“道阻且長”!吃瓜群眾只想說:“扎心了!老鐵!”


據(jù)媒體報道稱,豐田配備固態(tài)電池可大幅提升全新電動車的續(xù)航里程,并且縮短充電時間。這款新固態(tài)電池電動汽車預(yù)計將于2022年正式上市。豐田為何有如此的信心?


通過專利數(shù)量比較可以看出,豐田擁有的固態(tài)電池專利數(shù)量遙遙領(lǐng)先,此外中國軍團(tuán)中,寧波大學(xué)、中科大、華為、中國電科十八所、中科院物理所占據(jù)了專利排行榜前十中的五個席位。可以看出,在鋰電池盛行當(dāng)?shù)赖谋尘跋拢覈鴮虘B(tài)電池的研究仍在不斷升溫。


固態(tài)電池到底“何德何能”吸引眾多企業(yè)與機構(gòu)對其進(jìn)行研究?


相較于傳統(tǒng)鋰電池,固態(tài)鋰電池的差異在于電解質(zhì)固態(tài)化。全固態(tài)鋰電池與傳統(tǒng)鋰電池一樣,包括電池各單元(正極、負(fù)極、電解質(zhì)),其工作原理與傳統(tǒng)鋰電池的原理相同。


在早期日本媒體的報道中,提到固態(tài)電池的優(yōu)點只有一條:充電快。豐田發(fā)言人說,豐田全新電動汽車配備的全固態(tài)電池,可在幾分鐘內(nèi)完成充電過程,但是對具體的產(chǎn)品規(guī)劃不予評論。


固態(tài)電池的優(yōu)點如下:


安全性極高。與傳統(tǒng)鋰電池相比,全固態(tài)電池最突出的優(yōu)點是安全性。液態(tài)電解質(zhì)易燃易爆,以及在充電過程中鋰枝晶的生長容易刺破隔膜,引起電池短路,造成安全隱患。而固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題,也克服了鋰枝晶現(xiàn)象,因而全固態(tài)電池具有極高安全性。


能量密度高。固態(tài)電池電解質(zhì)能阻隔鋰枝晶生長,材料應(yīng)用體系范圍大幅提升,為具有更高能量密度空間的新型鋰電池技術(shù)奠定基礎(chǔ)。目前,固態(tài)電池研發(fā)可提供的能量密度基本可達(dá)300-400Wh/kg。


循環(huán)性能強。固態(tài)電解質(zhì)解決了液態(tài)電解質(zhì)在充放電過程中形成的固體電解質(zhì)界面膜的問題和鋰枝晶現(xiàn)象,大大提升了鋰電池的循環(huán)性和使用壽命,理想情況下循環(huán)性能表現(xiàn)優(yōu)異,能夠達(dá)到45000次左右。


適用范圍擴大。固態(tài)電解質(zhì)賦予固態(tài)鋰電池結(jié)構(gòu)緊湊、規(guī)模可調(diào)、設(shè)計彈性大等特點,即可應(yīng)用于驅(qū)動微型電子器件,也可用于動力和儲能領(lǐng)域。此外,固態(tài)電池也擁有更寬的溫度工作范圍,目前基本保證-25℃—60℃的溫度范圍。


說完優(yōu)點,再說缺點


快充比較難。固態(tài)電池有倍率性能很低的LiPON系列電池(實際上氧化物體系的電解質(zhì)普遍倍率性能不佳),也可以基于硫系高性能電解質(zhì)做出高倍率還不錯的固態(tài)鋰硫電池。但是總體來說,作為動力電源使用,固態(tài)電池在高倍率性能方面還是有很多挑戰(zhàn)的。


成本價格高。據(jù)了解,液態(tài)鋰電池的成本大約在200-300美元/千瓦時,如果使用現(xiàn)有技術(shù)制造足以為智能手機供電的固態(tài)電池,其成本會達(dá)到1.5萬美元,而足以為汽車供電的固態(tài)電池成本更是達(dá)到令人咋舌的9000萬美元。


面對固態(tài)電池的諸多不確定因素,依然阻擋不住研究機構(gòu)與企業(yè)的研究布局。


早在2015年,英國富豪詹姆斯˙戴森和德國汽車零部件巨頭博世分別收購了固態(tài)電池公司SaKti3和固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)公司Seeo。據(jù)了解,2016年8月戴森出資14億美元,興建一座電池工廠,用于大量生產(chǎn)固態(tài)電池。博世也不甘落后,在收購Seeo后又與GSYUASA電池公司和三菱重工共同建立了新工廠,主攻固態(tài)陽極鋰離子電池


此外有海外媒體報道稱,寶馬近日正在研發(fā)一款鋰離子電池,這款電池將用固態(tài)電解質(zhì)代替現(xiàn)有的電解液,新電池計劃2026年量產(chǎn)。


不僅僅國外企業(yè)布局,國內(nèi)鋰電企業(yè)也在爭搶“蛋糕”


CATL在硫化物固態(tài)電池方面比較成熟,目前正加速開發(fā)EV用的硫化物全固態(tài)鋰金屬電池研發(fā)的步伐。


據(jù)媒體報道,環(huán)宇賽爾新能源、河南鋰動電源等企業(yè)也紛紛布局固態(tài)電池。


隨著科研機構(gòu)的深入研究與企業(yè)的不斷布局,市場對固態(tài)電池的期待越來越大,然而距離固態(tài)電池商業(yè)化還有較長一段距離。


豐田曾經(jīng)表示,希望能在2020年其新能源車上應(yīng)用固態(tài)電池技術(shù)。從理論提出的時間以及該技術(shù)發(fā)展進(jìn)程來看,固態(tài)電池并不是一個新的概念,但研發(fā)進(jìn)展并沒有想象的那么快速。正如液態(tài)鋰電池,在上世紀(jì)70年代,相關(guān)的理念和實驗認(rèn)證就在齊頭并進(jìn),但真正大規(guī)模的使用,已經(jīng)是20世紀(jì)末了。


不僅僅是時間問題,成本高一直都是固態(tài)電池發(fā)展的“攔路虎”。目前,固態(tài)電池面臨著以下技術(shù)難題:固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極之間界面阻抗過高、固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率偏低、材料成本制備成本昂貴等。據(jù)企業(yè)和研究機構(gòu)表示,多項技術(shù)正逐步推進(jìn),相繼提出相應(yīng)的解決方案,但是固態(tài)電池的前進(jìn)之路并不是那么順暢。


一句話,固態(tài)電池的發(fā)展還處于早期階段,目前所有的數(shù)據(jù)和特性都是實驗室的,距離商業(yè)化還有很長的一段路要走,“道阻且長”!

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