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深圳鋰電池廠家科普之鋰電池將被固態電池所取代?

- 2019-10-28-

三元鋰電池被固態電池取代的節奏正在變快。為什麽這麽說呢,深圳鋰電池廠家就帶大家來看看今日中國科學院寧波材料技術與工程所宣布的新聞:

由其牽頭承擔的納米先導專項“全固態電池”課題已通過驗收,這一技術進步將進一步推動國內全固態鋰電池的規模應用。

此消息一出,立即在電池行業中引起巨大反響。


業內人士透露“以目前的三元鋰電池的技術路線,動力電池能量密度單體要做到350Wh/kg的目標,在五年內基本不可能實現。而且,即便實現了,安全性也無法得到保障。因此,固態電池商業化能否突破,對汽車電動化的前景影響重大。”

作為電動汽車的核心,電池領域的突破無疑將對電池乃至汽車領域的發展產生重大影響,那麽,固態電池能否馬上取代三元鋰電池?距離市場化還有多遠?


三元鋰電池的天然缺陷:能量密度和穩定性相互矛盾

“某一家企業單去年一年就有60起電動汽車燃燒爆炸事故。”在剛剛舉辦的中日韓鋰電論壇上,北京大學新能源材料與技術實驗室主任其魯教授透漏。

其教授認為,三元鋰電池存在很多缺陷,安全問題十分令人擔憂。“無論從化學結構來講,還是從電池結構來講,三元材料都非常容易發熱。如果不能把熱量及時傳導出去,電池就有爆炸的風險。然而現階段,在電池的安全性、可靠性上,還沒有完善的解決辦法。“

除安全問題外,就增加電動汽車續航角度而言,三元鋰電池的單體能量密度也已接近極限,難以被突破。電池包供應商正力蔚來常務副總裁周楠透露“現在,無論是行業政策,還是市場需求,新能源汽車對動力電池能量密度的要求都很高。在現有技術路線的體係下,要提高能量密度,隻能提高鎳材料或者添加CA,但高鎳的熱穩定性很差。所以,傳統的電池一旦能量密度提高,也意味著穩定性的下降,電池內部熱反應會非常劇烈,安全就成了很大的問題。”

正因為這樣的原因,“863”計劃節能與新能源汽車重大項目總體專家組專家肖成偉曾公開表示,三元鋰離子動力電池目前已經看到能量密度的“天花板”了,高鎳材料、碳矽負極的鋰電池單體能量密度高應該在300Wh/kg左右,正負不超過20Wh/kg。

按照動力電池技術路線圖的規劃,2020年鋰離子電池的單體能量密度目標為350Wh/kg。從目前來看,這一目標已然不能實現。

而為了保證動力電池的高能量密度和安全性,固態電池研發的進展,給這個行業帶來了光和亮。


國內外企業爭相布局,固態電池成趨勢

固態電池,顧名思義是一種使用固體電極和固體電解質的電池。由於固態電池電極和電解質都由固態物質製成,其固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液,同時也克服了鋰枝晶現象,即使被加熱到非常高的溫度,也不會著火,因而安全性更高。搭載全固態鋰電池的汽車,自燃概率會大大降低。可以說,是下一代新能源汽車動力電池的理想對象。

目前,越來越多的國內外企業和研究機構將重心集中到了全固態鋰電池上,也有不少汽車廠商都透露過基於固態電池打造電動汽車的計劃。比如,大眾曾宣布計劃研發續航1000km固態電池;豐田汽車預計2022年完成固態電池的研發工作,並計劃於2030年實現量產;日本經濟省更是在2017年宣布出資16億日元,聯合豐田、本田、日產、鬆下、GS湯淺、東麗、旭化成、三井化學、三菱化學等國內產業鏈力量,共同研發固態電池,希望2030年實現800公裏續航目標。


新能源汽車重點科技專項首席專家歐陽明高院士也曾指出,國內不少科研院所、企業布局固態電池領域,中科院寧波材料所跟贛鋒鋰業合作,正在推進其產業化,計劃2019年量產固態電池。

作為新能源汽車的“心髒”,動力電池無疑會決定新能源汽車的未來。業內人士普遍認為,動力電池未來發展路徑是電解質從液態、半固態、固液混合到固態,必將實現全固態的過程。這促使初創公司,大學和特斯拉等知名巨頭對電池技術的新一輪投資和研究。


豐田的時間表相對靠譜,固態電池量產可能要等到2030年

然而,固態電池想要進一步發展,尚需解決多重難題。

周楠“固態電解質是固態電池發展的關鍵,固態電池沒有液體的浸潤,同時也不需要隔膜,隻用把固態電解質當成隔膜,放在正極極片和負極極片當中,那麽金屬物質的材料就變得尤為關鍵。”

電解質材料是全固態鋰電池技術的核心,目前固態電解質的研究主要集中在三大類材料:聚合物、氧化物和硫化物。聚合物高溫性能好,已經有商業化的應用案例;氧化物循環性能良好,適用於薄膜柔性結構;硫化物電導率高,是未來主要方向。


不過,目前還有幾個具體難題需要克服:

一是界麵的導電率,固態電池導電率要維持在在適當的水平,不能過高,也不能過低,這樣的材料非常難開發。

二是沒有找到即兼顧高倍率又能快充的複合性材料,現在用的固態電解質材料隻能容納其中某一方麵特性。

一位不願具名的業內人士也表達了相同的看法。他認為:“固態電解質具有高的電阻,在功率密度方麵還存在一些待解決的問題,需要從固態電解質、正負極材料上著手。電導率、電池倍率、電池製備效率、成本控製方麵都存在不小的挑戰,一旦這些問題能夠有效解決,必將在未來掀起一場新的電池革命。”

既然困難重重,固態電池在新能源汽車上的全麵應用,還有多長的路要走?

歐陽明高曾表示,預計全固態鋰電池會在2025-2030年之間取得突破。今年5月,豐田動力總成部門的總經理Shinzuo Abe透露:“豐田期望在2020年以後能製造出固態電池,但若要實現固態電池的量產,還需要等到2030年以後。”

已在電池行業深耕十幾年的周楠坦言:“從跟以往的經驗來看,豐田計劃和實際情況基本上是能達到一致的。也許在近這幾年裏,他們就能夠推出固態電池,但具體產能是怎麽樣,成本能不能適應市場,還要打一個大大的問號。”

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