當前固態電池發展情況怎麽樣?
固態電池是指使用固態電極和固態電解質生産制造的電池,與現有的液態形式電池不同,是未來新能源汽車電池發展的主要方向之一。近日,大衆集團公布第二季度財報時,大衆集團首席執行官赫伯特·迪斯表示,大衆計劃自主生産固態電池,可能從2024年或2025年開始批量生産。按照國家《節能與新能源汽車技術路線圖》,到2025年,純電動汽車動力锂電池的能量密度目標爲400Wh/kg,2030年目標爲500Wh/kg。就目前廣泛采用的三元電池來說,現階段存在的技術瓶頸使其很難達到上述目標。

動力锂電池能量密度要想如期實現能量密度大于500Wh/kg的目標,現有的液體電解質電池體系恐怕無能爲力。作爲下一代面向500Wh/kg的電池技術路線,固態電池體系的研發已成爲剛需。新能源汽車産業中長期發展要新的技術儲備,固態锂離子電池则有望成为下一代车用動力锂電池主导技术路线,它不只是未来二次电池的重要发展方向,也是当前的重要任务。
固态电池和三元电池相比,究竟有何优势呢?首先在能量密度方面,目前三元等锂離子電池所使用的有机电解质电化学窗口有限,难以兼容金属锂负极和新研发的高电势正极材料,但是固态电解质比有机电解液普遍具有更宽的电化学窗口,有利于进一步提升电池的能量密度。其次是体积方面,由于电解液被固态电解质取代,因此在相同的能量密度下,固态电池的体积会更小。同样的电量,固态电池体积将变得更小。在能量密度保持不变的情况下,带电量相同的固态电池和液态电解质电池相比,固态电池的质量和体积将更小。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,也不要再额外新增冷却管、电子控件等,在节约成本的同时还减轻自身重量。在使用固态电解质后,石墨负极可用金属锂替代,使整个电池重量明显减轻。
從各國在固態電池方面的布局來看,豐田技術較爲領先,其2010年就推出硫化物固態電池,2014年該電池實驗原型能量密度達到400Wh/kg。截止到2017年二月,豐田固態電池相關專利數量達到30件,遠遠高于其它公司。據豐田高管透露,豐田將在2020年實現硫化物固態電池的産業化。此外,三星也取得了一定成果,利用硫化物類固體電解質試制出2000mAh、175Wh/kg的壓層型全固態二次電池。
國內公司CATL在硫化物固態電池方面也比較成熟,目前正加速開發EV用硫化物全固態锂金屬電池。另外,值得注意的贛鋒锂業在近期完成了第一代固態電池研發中試線項目,其樣品已經通過中汽研汽車檢驗中心的檢測,並且該項目在國內無成功實踐先例,屬于國際領先的技術突破,預計在2019年實現量産。
相比于三元電池,固態電池擁有這麽多的優勢,爲何遲遲無法實現量産?固態電池的關鍵是固態電解質材料,導致現階段固態電池難以發展的最重要原因也正是電解質材料未能獲得突破。現有的無機固體電解質和高分子聚合物電解質材料,還沒有任何一種既有高離子電導率和機械強度,又有良好的加工性能。
動力锂電池的技术难题一直都是制约新能源汽车发展的瓶颈所在,固态电池难以突破的瓶颈也是在技术。在動力锂電池产业竞争如此激烈的今天,真正能笑到最后的往往是那些掌握核心技术的公司。固态电池是未来重要的技术发展方向,已经是业内的共识,我国公司能否在下一场“硬仗”中取得胜利,还有待业界同仁的共同努力。
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