全固態(tài)電池極速加碼,有人怕掉隊(duì),有人想超越

發(fā)布日期:2024-06-04  來(lái)源:電車(chē)商業(yè)研究

核心提示:近日有媒體轉(zhuǎn)引消息人士稱(chēng):中國(guó)相關(guān)部委將牽頭實(shí)施全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化專(zhuān)項(xiàng),投入約60億元用于全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化研究。該項(xiàng)目經(jīng)過(guò)嚴(yán)
近日有媒體轉(zhuǎn)引消息人士稱(chēng):中國(guó)相關(guān)部委將牽頭實(shí)施全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化專(zhuān)項(xiàng),投入約60億元用于全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化研究。該項(xiàng)目經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選后,具體分為七大項(xiàng)目,聚焦聚合物和硫化物等不同技術(shù)路線。

據(jù)說(shuō)包括寧德時(shí)代、比亞迪、一汽、上汽、衛(wèi)藍(lán)新能源和吉利共六家企業(yè)或獲得政府產(chǎn)業(yè)化研發(fā)支持。若該政策落地,獲得國(guó)家層面規(guī)模資金扶持的全固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)程將能更快推進(jìn)。

目前商用鋰電池存在缺陷,需要全固態(tài)鋰電池

隨著電動(dòng)汽車(chē)與電化學(xué)儲(chǔ)能的發(fā)展,在實(shí)際應(yīng)用中迫切需要具有高安全性、高能量密度與高功率密度的電池。

電動(dòng)汽車(chē)期望動(dòng)力電池壽命達(dá)到10年以上,大規(guī)模的電網(wǎng)儲(chǔ)能、工商業(yè)儲(chǔ)能更希望服役壽命長(zhǎng)達(dá)25年以上,從而降低全生命周期內(nèi)的購(gòu)置成本。

目前已經(jīng)大批量商業(yè)應(yīng)用的三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池等都含有液態(tài)電解質(zhì),在電池內(nèi)部與正負(fù)極材料、隔膜、封裝結(jié)構(gòu)件緩慢相互作用與反應(yīng),長(zhǎng)期作用下,溶劑容易干涸、揮發(fā)、泄漏,正負(fù)極材料容易被腐蝕,影響電池壽命。

鋰離子電池的性能與循環(huán)壽命與電池中的雜質(zhì)含量密切相關(guān)。雜質(zhì)的存在會(huì)使得活性物質(zhì)消耗、電解液慢慢耗盡、電池內(nèi)阻不斷增大,所以電池的生產(chǎn)環(huán)境要求特別嚴(yán)苛,但實(shí)際情況又很難做到。

近年來(lái),發(fā)生的電池自燃等安全事故,都與鋰離子電池中使用可燃的液體溶劑有關(guān)。雖然采用了阻燃劑、陶瓷隔膜、增加冷卻等一系列技術(shù)方法,但也只能是在局部出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),阻住蔓延,最大限度控制風(fēng)險(xiǎn),不能從根本上解決問(wèn)題。


如果能夠使用完全不燃燒的無(wú)機(jī)固體電解質(zhì),就可以從根本上解決鋰離子電池安全問(wèn)題。而且大規(guī)模量產(chǎn)后,還可以降低電池整體制造成本、降低制造技術(shù)門(mén)檻,有利于鋰離子電池更大規(guī)模的推廣使用。所以各國(guó)對(duì)此都投入了大量的人力物力在這個(gè)方向的研究與實(shí)踐。

全固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展

根據(jù)所用固態(tài)電解質(zhì)不同,全固態(tài)鋰電池可分為聚合物體系、硫化物體系、氧化物體系三種。

還可以按照正極材料的不同,分為全固態(tài)鋰離子電池與全固態(tài)鋰金屬電池。其中全固態(tài)鋰電池沿用當(dāng)前鋰電池材料體系,使用石墨或硅碳材料作為負(fù)極、使用復(fù)合材料作為正極,而全固態(tài)鋰金屬電池則以金屬鋰為負(fù)極。

全固態(tài)鋰電池專(zhuān)利數(shù)量,日本擁有最多,全球占比達(dá)到 28%。其中豐田關(guān)于固態(tài)電池的專(zhuān)利超過(guò)1300項(xiàng)。2017年豐田宣布3年后就能商業(yè)化量產(chǎn),然后2019年又宣布2025年才能量產(chǎn),去年6月又再次把時(shí)間推遲2027年。豐田每次都說(shuō)自己幾年后可以量產(chǎn),連行業(yè)龍頭豐田都這么難產(chǎn),我們?cè)趺礃幽兀?br />
目前全固態(tài)鋰電池的研發(fā)正在中國(guó)大地如火如荼地進(jìn)行著,多個(gè)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)投入巨大的人力和物力,在材料合成、電池設(shè)計(jì)、制造工藝等方面取得了一系列進(jìn)展。

理想的固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)具備高的鋰離子傳導(dǎo)能力、良好的機(jī)械強(qiáng)度以及與電極材料的兼容性。國(guó)內(nèi)一線電解液企業(yè)基于對(duì)未來(lái)發(fā)展的考慮,都在研發(fā),而且都有階段性成果與專(zhuān)利。

目前,國(guó)內(nèi)主要有中科院系的中科澤藍(lán)、衛(wèi)藍(lán)新能源;清華系的清陶能源;海歸派的高能時(shí)代;鋰電企業(yè)寧德時(shí)代、比亞迪、蜂巢能源、廣汽因湃、力神,均已經(jīng)能夠制備出初步具備實(shí)用化特征的全固態(tài)鋰電池樣品,雖然距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還有一段路要走,但整體上正在穩(wěn)步向前推進(jìn),比國(guó)外先進(jìn)水平相差不大,而且速度更快。


國(guó)內(nèi)全固態(tài)鋰電池企業(yè)進(jìn)展

今年4月寧德時(shí)代首次公布了全固態(tài)電池研發(fā)和量產(chǎn)進(jìn)度,計(jì)劃在2027年小批量生產(chǎn)全固態(tài)電池,但未披露其批量裝車(chē)的時(shí)間表。寧德時(shí)代相關(guān)人員表示:“如果用技術(shù)和制造成熟度作為評(píng)價(jià)體系(以1~9打分),寧德時(shí)代的全固態(tài)電池研發(fā)目前處于4分的水平。到2027年,公司期望能達(dá)到7~8分的水平,這意味著可以進(jìn)行小批量生產(chǎn)。”

5月17日上午,國(guó)軒高科在該公司第13屆科技大會(huì)上發(fā)布了全固態(tài)電池——金石電池。金石電池采用微納化固體電解質(zhì)、超薄膜包覆單晶正極和三維介孔硅負(fù)極,能量密度高達(dá)350Wh/kg,比主流三元鋰電池提升40%以上,為電動(dòng)汽車(chē)提供了更長(zhǎng)的續(xù)航能力和更高的能量效率。目前,金石電池已一次性通過(guò)了200度熱箱測(cè)試,安全性遠(yuǎn)超國(guó)標(biāo)需求?;诮鹗姵卮蛟斓男履茉雌?chē)電池包,擁有80%的質(zhì)量成組率,單次充電續(xù)航可達(dá)1000公里。

衛(wèi)藍(lán)新能源2023年6月正式向蔚來(lái)交付360Wh/kg鋰電池半固態(tài)電芯,組成150kWh半固態(tài)電池包,該電池包能量密度為260Wh/kg,行駛距離達(dá)1044公里。衛(wèi)藍(lán)新能源暫定于2027年左右實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)。

清陶能源全固態(tài)電池采用了聚合物-無(wú)機(jī)物復(fù)合電解質(zhì)技術(shù)路線,預(yù)計(jì)能量密度將超過(guò)400Wh/kg,體積能量密度超過(guò)820Wh/L,電池容量能超過(guò)75Ah,預(yù)計(jì)二代全固態(tài)電池能量密度將超500Wh/kg。清陶與上汽集團(tuán)緊密合作,搭載清陶全固態(tài)電池的智己新車(chē)預(yù)計(jì)將在2027年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并正式交付用戶(hù)。

太藍(lán)新能源在4月初通過(guò)官方渠道宣布,他們成功研發(fā)出全球首款能量密度高達(dá)720Wh/kg的“車(chē)規(guī)級(jí)”全固態(tài)鋰金屬電池。


4月12日,廣汽在科技日發(fā)布了全固態(tài)電池,它采用了第三代海綿硅負(fù)極和高面容量固態(tài)正極技術(shù)。據(jù)了解,該款全固態(tài)電池能量密度能達(dá)到400Wh/kg以上,較當(dāng)前量產(chǎn)液態(tài)鋰離子電池,體積能量密度提升52%以上,質(zhì)量能量密度提升50%以上,可輕松實(shí)現(xiàn)超1000公里續(xù)航。廣汽希望在2026年完成全固態(tài)電池開(kāi)發(fā),并首先搭載于旗下昊鉑車(chē)型。

目前來(lái)看,全固態(tài)電池的制造成本遠(yuǎn)高于液態(tài)電池,液態(tài)電池在過(guò)去十年幾乎創(chuàng)下了電化學(xué)的奇跡:能量密度提升3倍,成本下降80%以上,目前100kWh三元鋰電池包成本在5-8萬(wàn)左右,而全固態(tài)電池成本在不同的技術(shù)路線影響下,有的成本可超過(guò)30萬(wàn)元。

全固態(tài)鋰電池的市場(chǎng)前景

隨著全球范圍內(nèi)對(duì)減少碳排放的共識(shí)加深,以及各國(guó)政府對(duì)于電動(dòng)車(chē)的政策扶持,電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)需求正在迅速膨脹。而電動(dòng)車(chē)的性能與續(xù)航里程又在很大程度上取決于電池技術(shù),因此全固態(tài)鋰電池的高能量密度、快速充放電能力及長(zhǎng)壽命等特性將極大促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。

除了地上跑的電動(dòng)汽車(chē),航空領(lǐng)域同樣對(duì)全固態(tài)鋰電池表現(xiàn)出濃厚的興趣。在追求更高能效和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的今天,電動(dòng)飛機(jī),尤其是eVTOL(電動(dòng)垂直起降飛機(jī))逐漸成為研究的熱點(diǎn)。


電池性能是制約eVTOL發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。目前的商用鋰離子電池電池存在能量密度短板,而eVTOL垂直起飛所需要的動(dòng)力是地面行駛的10-15倍,這就對(duì)全固態(tài)鋰電池創(chuàng)造了巨大的市場(chǎng)前景。

至于市場(chǎng)規(guī)模,根據(jù)業(yè)內(nèi)專(zhuān)家的分析預(yù)測(cè),未來(lái)全固態(tài)鋰電池的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到數(shù)千億甚至上萬(wàn)億的規(guī)模。具體而言,到2030年前后,隨著全固態(tài)鋰電池技術(shù)的不斷成熟和生產(chǎn)成本的降低,其在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的滲透率將明顯增加,屆時(shí)市場(chǎng)規(guī)模有望迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。而在更遠(yuǎn)的未來(lái),隨著技術(shù)的進(jìn)一步突破和應(yīng)用的拓展,包括便攜式電子設(shè)備、儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域也將逐漸被全固態(tài)鋰電池所滲透,市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。

最后

我們好不容易獲得鋰電池第一大國(guó)的產(chǎn)業(yè)地位,比較擔(dān)心全固態(tài)電池領(lǐng)域被日本、歐美等國(guó)超越,這種心情,可以理解。但從當(dāng)前各家固態(tài)電池水平來(lái)看,全固態(tài)電池技術(shù)還不成熟,產(chǎn)業(yè)鏈成本高企,因此全固態(tài)電池也難以短時(shí)間內(nèi)規(guī)模量產(chǎn),離真正的商業(yè)落地仍有距離。現(xiàn)在就擔(dān)心會(huì)被超越還是過(guò)于杞人憂天了。

全固態(tài)電池作為一種具有巨大潛力的電池技術(shù),確實(shí)值得我們投入大量的精力和資源進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。然而,要實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化,我們必須具備攻堅(jiān)克難的思想準(zhǔn)備,勇于面對(duì)各種技術(shù)難題和挑戰(zhàn),不斷推動(dòng)全固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。

 
 
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