谁能打败宁德时代?是固态电池吗?
发布时间:2018-07-10 15:04:00
关键词:金光佛六肖中特

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“充电五分钟,通话两小时”,这广告语的中毒性堪比“脑白金”。而如今,这个广告语也有了汽车界的版本——“充电一分钟,续航800公里”。


在2018年初,国外媒体纷纷发布了一条消息,电动汽车品牌 Fisker 申请了一个固态锂电池专利,最高续航 800 公里,充电只要 1 分钟。


随着国家对新能源汽车和电池的退补,如今锂电池的售价不断下降,电池企业毛利率不断下滑;同时,目前多数企业主要研发的锂电池始终不能得到本质的提高,消除电动汽车的“里程忧虑”。


因此,能量密度是三元锂电池三倍之上的全固态电池应运而生,能打败宁德时代只有它了。


从2017年开始,发展固态电池的公司如雨后春笋般涌现,而全固态电池也成为了各企业的研究热点。


最近,德国大众集团确认已出资1亿美金给到QuantumScape,共同研发固态电池?!拔颐墙洗笾谧魑瞪业牧α?,和QuantumScape作为固态电池技术领导者的经验,从而加速QuantumScape固态电池产品的商业化?!贝笾诩叛芯坎恐鞴蹵xel Heinrich表示。


在目前各种新型电池体系中,固态电池采用全新固态电解质取代当前有机电解液和隔膜,具有高安全性、高体积能量密度,同时与不同新型高比能电极体系(如锂硫体系、金属-空气体系等)具有广泛适配性,可进一步提升质量能量密度,从而有望成为下一代动力电池的终极解决方案,引起日本、美国、德国等众多研究机构、初创公司和部分车企的广泛关注。


什么是全固态电池?


顾名思义,就是电池所有组成的材料都是以固态形式存在的,没有液体,没有液体。需要注意的是,因为锂离子电池作为我们日常最为常见的电池,通常我们都默认把全固态锂离子电池是全固态电池的代表,所以笔者本文所说的全固态电池是默认为全固态锂离子电池。


根据国内固态电池研究较为领先的物理所李宏教授和赣锋锂业许晓雄研究员预测,全固态电池将经历三个阶段:半固态(2018年)、准固态(2020年)和全固态(2022年)。


目前基本上实现了半固态技术,即采用固体电解质作为负极金属锂的?;げ阃备ㄖ砸禾缃庖?。但是全固态电池目前还是在实验室实验阶段,还不能商用化。


在文章开头也有谈及过,相比于传统的锂离子电池,全固态电池具有许多优势。


1.体积小


电池的体积能量密度是一个非常重要的参考数据,若按应用领域来说,要求从高到低是消费电子产品>家用电动汽车>电动公交车。


传统锂离子电池中,需要使用隔膜和电解液,它们加起来占据了电池中近40%的体积和25%的质量.而如果把它们用固态电解质取代(主要有有机和无机陶瓷材料两个体系),正负极之间的距离可以缩短到甚至只有几到十几个微米,这样电池的厚度就能大大地降低。


这就意味着使用全固态电池后,汽车不用再载着跟自身重量一样重的电池奔跑在公路上。


2.高安全性


对于电动汽车来说,电池的安全性是极为重要的。新能源汽车自燃事故一直没有消停过,即使是全球新能源汽车最高端的特斯拉也不能幸免。


传统锂电子电池因为所采用的有机液体电解液,在发生过长时间充电、内部短路等异常情况下,电池会极容易发热,导致电解液气胀、自燃甚至会爆炸。而很多无机固态电解质材料不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题,聚合物固体电解质相比于含有可燃溶剂的液态电解液,电池安全性大幅提高。


3.高能量密度


固态电解质一般拥有较宽的电化学窗口,就像一个个小框一样,因此可以装更多的高电压正极材料。加上固态电池体积小、稳定,可以让电池管理更为简化,能量密度自然会大大提高。


目前,全固态电池的能量密度约400Wh/Kg,预估最大潜力值达900Wh/Kg,有超过100%的提升空间。


能量密度高,意味着电池的续航能力增强。目前困扰着电动汽车前进的因素之一就是目前的电池续航能力不能有所突破。而若实现全固态电池,就能消除“里程焦虑”,就算是文章开头所说的充电一分钟,续航800公里也不是不可能的。


全固态电池并不能“一步登天”


尽管全固态电池优势多多,但是要走出实验室,并没有那么容易。


首先是全固态电池界面阻抗过大。固态电解质与电极材料之间的界面是固-固状态,因此电极与电解质之间的有效接触较弱,离子在固体物质中传输动力学低。


其次是是充电问题。对于电动汽车的车主来说,并不想浪费更多的时间在充电上。但是,若使用全固态电池,要快充就比较难了。


电池的阻抗、电导率等问题表现出来就是内阻大,就会阻碍充电,而且因为内阻大,在充电过程中会造成能量的损失,这部分能量的浪费是无法忽视的问题。另外,全固态电池的材料在充放电的过程中体积会发生膨胀或收缩,导致界面容易分离。


继而是最重要的成本问题。成本是阻止商业化的最大因素。


目前的全固态锂电池的电解质主要有有机和无机两大体系,成本总体偏高,尤其是无机体系的电池很多采用CVD/PVD等复杂的工艺制备,生产(沉积薄膜)速度慢,成本昂贵,单体电池容量很小,往往只适合做小型电子器件用的电池,更别说应用于汽车上。


另外,固态电池制备工艺不够成熟,电池使用数据收集不全面。仅是在全固态电池的电解质制造,固-固界面优化这两个核心问题技术上的不成熟就足够让固态电池的成本居高不下了。


另外,全固态电池还未到大规模商用化的时候。


今年资本市场上出现的固态电池热,业内人士带有惊异的同时,大多数人士表示固态电池商业化为时过早。


中科院物理所研究员李泓坦露,固态电池要想商业化,必须要有足够的技术储备和研发团队,因为一种锂电池技术一般至少需要15年的研发时间。


从事锂电领域投资的劲邦资本合伙人王荣进向《每日经济新闻》表示,他接触过的研发人员大多对固态电池表示悲观,认为其短期内难以实现商业化。


就算早在2010年,丰田便推出过使用固态电池、续航力可达1000公里的电动车,但是丰田的相关工作人员也承认,目前丰田的全固态电池还在实验室阶段。


李泓将目前固态电池商业化形容为“所谓的全固态只看到概念,却不知道性能;只听说安全,但没有安全性测试报告”。他称,从公开数据来看,固态电池还没有系统的数据公布,燃料电池就有电堆的大小、功率和寿命等系统数据。如果这些数据公开了,说明这个技术成熟了。


的确,到目前来看,许多车企都有表示在这方面有所动作,但并没有一家是真正给出数据的。


国内外巨头纷纷布局


尽管对于全固态电池来说,要在汽车上实行大规模的商业化还不是现在的话题,但是许多车企、电池供应商等等都在这方面下足了功夫。丰田、松下、三星、三菱以及国内的宁德时代等电池行业领军企业都已经积极布局固态电池的储备研发。


相对而言,技术成熟度较高、技术沉淀较深的当属法国的Bolloré、美国Sakti3和日本丰田。这三家也分别代表了以聚合物、氧化物和硫化物三大固态电解质的典型技术开发方向。


在欧洲比较出名的Bolloré,采用的是聚合物电解质体系,三星采用的则是硫化物电解质体系。德国汽车零部件巨头博世(BOSCH),2015年收购美国电池公司“Seeo”。博世和Seeo然后与日本著名的GS YUASA(汤浅)电池公司和三菱重工共同建立了新工厂,主攻固态阳极锂离子电池。


而在车用电池领域,日本企业一直走在前列。早在2013年就已经占到全球70%的市场份额,但是到2016年这一数字已降至41%。目前,日本政府希望通过加大全固态电池研发力度以重新占据市场主导地位。


2017年5月,日本经济省宣布出资16亿日元,联合丰田、本田、日产、松下、GS汤浅、东丽、旭化成、三井化学、三菱化学等国内顶级产业链力量,共同研发固态电池,希望2030年实现800公里续航目标。


丰田之前也宣布与松下合作研发固态电池;宝马宣布与SolidPower公司合作研发固态锂电池;博世与日本著名的GSYUASA(汤浅)电池公司及三菱重工共同建立了新工厂,主攻固态阳极锂离子电池;国内的话,在这方面并没有被国外大幅度所抛开。


在正式开展固态电池的研发之前,宁德时代对全球固态电池企业进行了调研,并在此之后确定了自身的发展方向。2016年10月,宁德时代新能源柳娜博士介绍了宁德时代在聚合物固态锂金属电池、硫化物固态电池领域的布局和研发路径。


而且宁德时代在研发过程中,也在关注固态电池的制造问题,固态电池整个制造工艺跟传统的锂离子的制造工艺不同,需要新的设备,新的工艺,所以宁德时代也同时进行工艺的研发。


此外,在2017年对外表示已着手研发固态电池及固态电解质的国轩高科,之前就透露,根据与国际一线整车品牌合作的产品要求,公司正在美国和日本分别开发下一代动力电池生产技术工艺与生产设备,相关产品将使用半固态电池技术。对于包括固态电解质在内的上游关键原材料的研发与产业化进度公司方面也将密切关注。


2018年3月,国轩高科在在投资者互动平台表示公司半固态电池技术目前已处于实验室向中试转换阶段。


随着全球电动汽车的快速发展,全固态电池能迅速提升汽车的续航能力,这无疑是电池未来发展的一个必然方向。在“双积分政策”和补贴退坡的的双重影响下,意味着,电池产业的竞争将更加激烈,倒逼着这些企业把主要精力放在研究下一代电池技术上,固态电池或成较佳选择。


另外,固态电池投融资热,客观上促进了固态电池方向的研发,刺激了这个行业和领域,推动行业对固态电池的重视。


但是具体到固态电解质的电导率、电池倍率、电池制备效率、成本控制方面,全固态电池仍然困难重重。


稿件来源: Auto Space车创
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