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“黑科技”固態(tài)電池“現(xiàn)實(shí)骨感”
日期:2020-07-08   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:zhangchi_zrm 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
編者按:國內(nèi)外企業(yè)紛紛在固態(tài)電池領(lǐng)域投資布局,看中的正是它有望解決困擾動(dòng)力電池行業(yè)的兩大挑戰(zhàn)——安全隱患和能量密度偏低問題。但業(yè)內(nèi)認(rèn)為,固態(tài)電池還存在諸多待解難題,產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程任重道遠(yuǎn)。

近日,大眾集團(tuán)宣布已向斯坦福大學(xué)研發(fā)固態(tài)電池的衍生企業(yè)QuantumScape追加投資2億美元,旨在加速推動(dòng)固態(tài)電池技術(shù)的研發(fā)和商業(yè)化量產(chǎn)。此前不久,造車新勢(shì)力——合眾公司與清陶能源達(dá)成全面深度合作,共同推進(jìn)固態(tài)電池的研發(fā)與應(yīng)用。

今年以來,國內(nèi)外企業(yè)在固態(tài)電池領(lǐng)域投資布局動(dòng)作頻頻。但業(yè)內(nèi)認(rèn)為,固態(tài)電池還存在諸多待解難題,產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程任重道遠(yuǎn)。

下一個(gè)競(jìng)爭高地

繼2018年投資1億美元后,大眾集團(tuán)再次發(fā)力。增資對(duì)象QuantumScape成立于2010年,是斯坦福大學(xué)的衍生公司,其試制的全固態(tài)電池安裝在車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上已完成了操作測(cè)試實(shí)驗(yàn)。大眾集團(tuán)預(yù)測(cè),如果使用全固態(tài)電池,該公司的EV車型“e-golf”的續(xù)航里程可以從現(xiàn)有的300公里提升至750公里。

固態(tài)電池技術(shù)是企業(yè)的下一個(gè)競(jìng)爭高地。全球多家車企、動(dòng)力電池企業(yè)和科研院校都在致力于固態(tài)電池的科研攻關(guān)。寶馬集團(tuán)早在2017年就牽手SoildPower開發(fā)固態(tài)電池;豐田是較早布局固態(tài)電池的車企,并有望在2022年推出搭載固態(tài)電池的車型;今年年初,戴姆勒宣布與加拿大魁北克水電公司合作開發(fā)固態(tài)電池技術(shù),一旦固態(tài)電池達(dá)到了可量產(chǎn)狀態(tài),將使用在戴姆勒電動(dòng)汽車上。

中國科學(xué)院院士歐陽明高曾公開表示,日本自2017年起,投入了大量的研發(fā)經(jīng)費(fèi),舉全國之力研發(fā)下一代固態(tài)電池。美國和歐洲也在全力開發(fā)。中國電池產(chǎn)業(yè)雖然在此領(lǐng)域取得暫時(shí)優(yōu)勢(shì),但國際競(jìng)爭壓力巨大,需全力追趕固態(tài)電池等前沿技術(shù)。

國內(nèi)方面,目前清陶能源、寧德時(shí)代、北京衛(wèi)藍(lán)等企業(yè)走在了研發(fā)前列。造車新勢(shì)力——天際汽車在2019年初就推出了首款搭載固態(tài)電池的ME7樣車,并宣稱在2021年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn);日前,合眾公司與清陶能源達(dá)成全面深度合作,共同推進(jìn)固態(tài)電池的研發(fā)與應(yīng)用。

合眾公司首席研發(fā)官王可峰透露,合眾旗下第二款量產(chǎn)車——哪吒U將由此成為全球首款搭載固態(tài)電池的量產(chǎn)車。目前,雙方已經(jīng)進(jìn)行了近兩年的聯(lián)合研發(fā)和測(cè)試,計(jì)劃10月份申報(bào)工信部公告,年底前量產(chǎn)500臺(tái)。

隨時(shí)準(zhǔn)備顛覆現(xiàn)有產(chǎn)品體系

企業(yè)之所以紛紛布局固態(tài)電池,看中的正是它有望解決困擾動(dòng)力電池行業(yè)的兩大挑戰(zhàn)——安全隱患和能量密度偏低問題。

所謂的固態(tài)電池,顧名思義就是使用固體電解質(zhì)的鋰電池。在工作原理上,全固態(tài)電池與傳統(tǒng)的鋰離子電池并無區(qū)別。

傳統(tǒng)鋰電池由正極、負(fù)極、隔膜和電解液組成,其中電解液中含有易燃的有機(jī)溶劑,發(fā)生內(nèi)部短路時(shí)溫度驟升容易引起燃燒,甚至爆炸。而固體電解質(zhì)材料具有不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)的特性,不存在漏液問題,用固態(tài)電解質(zhì)替代電解液,具有高安全性。此外,全固態(tài)電池使用金屬鋰做負(fù)極,電池能量密度有望達(dá)到300—400Wh/kg,甚至更高。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為,全固態(tài)電池有望成為下一代動(dòng)力電池的技術(shù)路線。

最近兩年,動(dòng)力電池技術(shù)路線日益多元化。寧德時(shí)代推出了CTP技術(shù)、比亞迪發(fā)布了刀片電池、蜂巢能源也推出了首款無鈷電池。相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備是否會(huì)有所沖突?“刀片電池、CTP技術(shù)只是在結(jié)構(gòu)上做了一些優(yōu)化,跟固態(tài)電池的發(fā)展并不矛盾。”中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)秘書長劉彥龍告訴記者。

事實(shí)上,固態(tài)電池的研發(fā)已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略層面。2019年12月,工信部發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》(征求意見稿),對(duì)提高技術(shù)創(chuàng)新能力提出了要求,其中便包括了“加快全固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”。

華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院認(rèn)為,固態(tài)電池等新的技術(shù)革命隨時(shí)準(zhǔn)備顛覆現(xiàn)有的整個(gè)產(chǎn)品體系框架。隨著研發(fā)和工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展,未來幾年,固態(tài)電池產(chǎn)品的市場(chǎng)會(huì)迎來蓬勃的發(fā)展機(jī)遇。

多項(xiàng)技術(shù)難題待突破

“現(xiàn)在所說的固態(tài)電池,是為了解決電動(dòng)汽車的安全問題,增加了一部分固態(tài)電解質(zhì)。多數(shù)是對(duì)現(xiàn)有鋰離子電池技術(shù)的改進(jìn),屬于半固態(tài)電池。”劉彥龍告訴記者,全固態(tài)鋰電池,是一種使用固體電極材料和固體電解質(zhì)材料,不含有任何液體的鋰電池。“固態(tài)電池”和“全固態(tài)電池”一字之差,卻還有較長的路要走。

劉彥龍介紹,目前全固態(tài)電池在電解質(zhì)導(dǎo)電性、金屬鋰的可塑性、界面相容性等方面還存在技術(shù)難題。比如,在與電極的接觸上,液態(tài)電解質(zhì)可以最大限度地與之接觸,而固態(tài)電解質(zhì)與電極之間很難做到完全貼合,電導(dǎo)率低于液態(tài)電解質(zhì);在頻繁充放電過程中,各種材料體積會(huì)膨脹和收縮,如何保證電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定也還需要進(jìn)一步研究。

考慮到全固態(tài)電池面臨的現(xiàn)實(shí)難題,以及行業(yè)對(duì)高安全、高能量密度動(dòng)力電池的迫切期待,半固態(tài)電池成為當(dāng)下的一個(gè)務(wù)實(shí)選擇。電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正逐漸由減少液體的使用,向無液體的全固態(tài)電池邁進(jìn)。

劉彥龍?zhí)寡?,理論上認(rèn)為全固態(tài)電池是動(dòng)力電池發(fā)展的一個(gè)方向,但目前還沒有做出一款全固態(tài)電池去檢驗(yàn)其全生命周期的競(jìng)爭力。“全固態(tài)鋰電池是否真的能解決鋰離子的本質(zhì)安全性還有待更廣泛、更深入的研究和數(shù)據(jù)積累。”在他看來,只有安全性、能量密度、循環(huán)壽命、成本都接近甚至優(yōu)于現(xiàn)有的鋰離子電池時(shí),全固態(tài)電池才具備產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。

在劉彥龍看來,全固態(tài)電池短時(shí)間內(nèi)很難產(chǎn)業(yè)化,起碼要等到2030年左右。“全固態(tài)電池得先做出來,先應(yīng)用于小電流的電子產(chǎn)品上,再逐步應(yīng)用到大電流、大倍率的電動(dòng)汽車上。”


原標(biāo)題: “黑科技”固態(tài)電池“現(xiàn)實(shí)骨感”
 
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來源:中國能源報(bào)
 
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