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固态电池方兴未艾 车企搭台联手唱戏

国际新能源网  来源:OFweek锂电网  日期:2018-07-03
  随着全球新能源汽车市场向着更长续航里程的方向发展,车企开始寻求更高性能和更安全的动力源,而在目前已经获得突破性进展的技术中,锂金属固态电池则被认为是下一代新能源汽车用动力电池的发展方向。
 
  事实上,与当前处于新能源汽车主流的锂电池不同,推动固态电池走向市场的主角不再是电池企业,而是车企。固态电池有可能实现电动汽车性能和安全性的重大提升,也成为汽车制造商们研究这项技术的主要原因。
 
  车企巨头发力固态电池
 
  近日,在固态电池方面公布最新成果的是大众集团,该公司周四宣布斥资1亿美元投资硅谷电池研究公司QuantumScape,并组建一家合资企业,目标是将固态电池商业化。
 
  大众集团的目标是计划到2025年开始生产固态电池。大众集团表示,与目前的锂离子电池尺寸相似的固态电池可以提供与传统的汽油动力汽车相当的续航里程范围。一次充电就可以接近500(800公里)英里,根据美国环保局的评估标准,2017款大众e-Golf的35.8千瓦时锂离子电池仅提供119英里(191.5公里)的续航里程,用固态电池取代锂电池,在保证整车轻量化的同时,大大提升了续航里程。
 
  研究人员表示需要克服两个主要障碍。首先是让固态电池能够提供汽车应用所需的高性能,其次是大规模生产汽车工业所需的电池。大众集团表示,在QuantumScape固态电池装置的早期测试中,它能够让样机以汽车动力的速度运行。
 
  事实上,把目光投向固态电池的不只是大众,日本车企发力的程度也是毫不逊色。
 
  日本汽车巨头丰田公司早在去年12月就表示,计划在2020年开始生产固态电池。而日本新能源产业技术综合开发机构上周更是宣布,该国部分企业及学术机构将在未来5年内联合研发下一代电动车全固态锂电池,力争早日应用于新能源汽车产业。
 
  该项目预计总投资100亿日元(约合5.8亿元人民币),丰田、本田、日产、松下等23家汽车、电池和材料企业,以及京都大学、日本理化学研究所等15家学术机构将共同参与研究,计划到2022年全面掌握全固态电池相关技术。

  全固态电池达到产业化零界点
 
  那么,为什么在锂电池大行其道的当下,众多车企开始纷纷布局固态电池呢?
 
  这要得益于固态电池的特性,固态电池最大的优势在于其能达到更高的能量密度和更好的安全性。
 
  据业内专家介绍,固态电解质(尤其是以玻璃或陶瓷电解质为代表)大多数拥有较宽的电化学窗口,因此其可以兼容更多高电压正极材料(比如高镍正极,镍锰尖晶石正极等);不仅如此,全固态电池良好的安全性(优势一)、高电压化还可以让电池管理系统BMS更为简化,因此最后装车的电池系统能量密度。
 
  其第二个优势就在于轻薄和体积小,使用全固态体系,有望降低隔膜和电解质的比例。负极如果想要锂金属化,使用具有良好力学和化学稳定特性的固体电解质,可以使电池能量密度与体积密度都得到明显提升。
 
  因此,同样的电量,固态电池体积将变得更小。不仅如此,固态电池中由于没有电解液,封存变得更加容易,在汽车等大型设备上使用时,也不需要再额外增加冷却管、电子控件等,在节约成本的同时还减轻自身重量。
 
  全固态锂电池结构里没有气体和液体,所有材料都以固态形式存在,高密度性、高安全性等性能使其与传统液态电池相比更具优势,在新能源汽车领域应用前景广阔。此前,工信部等四部委印发的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》明确提出,加大投入研发新的动力锂电体系,其中就包括固态电池等新型电池。
 
  值得注意的是,在锂金属固态电池的研究上,已经有公司实现了产业化。在OFweek 2018(第二届)中国动力锂电池技术及应用研讨会上,美国麻省固体能源公司(SolidEnergy) 的创始人兼CEO胡启朝就介绍了其能量密度可达500瓦时/千克的电池应用情况。
 
  “锂金属在性能上可以超过石墨和硅碳负极,而且可以做的体积更小。”胡启朝介绍,控制锂枝晶技术,基于固态电解液的方案能在很大程度上解决了寿命衰减的难题。但目前,固态锂金属电池成本还比较高,更适用于轻量化和不太注重于成本的应用领域。
 
  截至目前,SolidEnergy 是全球唯一一家可以实现500Wh/kg以上批量生产供货电池企业,其产品应用在空间、国防和高端无人机领域。
 
  在国内的动力电池企业中,宁德时代已在固态电池的储备研发上进行布局,其在固态电池上的解决思路是对正极材料做了一些保护,可以提高兼容的性能。目前宁德时代做的锂金属固态电池能做到300周循环以上剩余82%电量。
 
  编辑视点:随着锂电池向着更高能量密度的方向发展,在国内动力电池企业开始往高镍方向发展的时候,已经有少数先行者开始把目光瞄准更为先进的锂金属固态电池。从技术产业化的角度来看,固态电池无疑是有望取代现阶段动力电池的最优选项,目前固态电池已经达到产业化的零界点,在接下来3年内势必会掀起一波产业化的潮流。
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