技術創新催“熱”固態電池 搶占技術制高點的競爭激烈

                      日前,固態電池企業輝能科技宣布,完成了新一輪融資,金額為3.26億美元(約合人民幣20.85億元)。隨即,韓國動力電池供應商SK創新方面公開表示,計劃比競爭對手提前兩年或以更快的時間,在2025年前開始交付固態電池。

                      2019年諾貝爾化學獎得主之一的英國化學家斯坦利·威廷漢指出:“制造固態電池最困難的部分,是需要同時滿足高能量密度、快速充電、長循環壽命和寬溫度范圍工作的要求。”如今,固態電池的技術成熟度究竟如何?距離量產上車還要多久?

                      技術創新催“熱”固態電池

                      在業界的廣泛關注與大力推動下,固態電池開發趨熱。

                      “我們應用固態電解質膜和專用正極材料,制備出了能量密度高達350Wh/kg的固態電池樣品。”不久前,上市公司珠海冠宇的相關負責人表示。同期,美國固態電池開發商Solid Power公開了其高含量硅全固態電池技術的安全和性能數據,其小型軟包電池在室溫下可實現1000多次循環。

                      正積極尋求新突破的SK創新將對Solid Power投資3000萬美元(約合人民幣1.9億元),以換取技術使用權,聯合生產車規級固態電池,并希望借此為長續駛電動汽車提供能量密度更高、成本更低的動力電池。此外,Solid Power的固態電池研究也獲得了福特、寶馬的資金支持。Solid Power方面回應稱,將向SK創新提供自己研發的硫化物固態電解質、專利電池設計和生產工藝。

                      硫化物固態電解質有何奧妙?“鋰離子電池固態化,在大幅提高安全性的同時,可兼具高能量密度和高功率密度。Solid Power使用的硫化物固態電解質,具有較高的離子電導率、較好的機械延展性以及與電極良好的界面接觸等優點,是目前最有潛力和前景的新技術之一。”中國電池工業協會鋰電池應用專業委員會顧問蘇南峰在接受《中國汽車報》記者采訪時表示,近兩年來,固態電池技術開發速度加快,而Solid Power的全固態電池,就是建立在硫化物固態電解質基礎上的,這是近年來固態電池研究領域的關鍵技術之一。

                      據悉,在固態電池布局上,韓國現代汽車也不甘落后,宣布將與美國動力電池制造商Factorial Energy(以下簡稱“FE”)合作,共同開發車規級固態電池。目前,雙方已在“因子電解質系統技術”(FEST)研發中取得了突破性進展。

                      “因子電解質系統技術采用一種專有的固體電解質材料,替代了目前鋰電池的液體電解質,并可通過匹配高電壓、高能量密度的電極,實現安全可靠的電池性能。”四川新能源汽車動力電池產業聯盟專家宋浩駿告訴記者。通過試驗,FE的固態電池在25℃條件下,循環675次后容量仍可保持97.3%,理論上可使續駛里程提高20%~50%。其量產的便捷性則體現在,現有鋰電池生產線不必做很大改動。

                      “目前,業界正在開發的固態電池按電解質的類型主要可分為三種,即聚合物,硫化物與氧化物。其中,聚合物電解質屬于有機電解質,而后兩種屬于無機電解質。”廣東工業大學新能源材料研究中心研究員陳新彤向記者介紹道。

                      主要技術難題仍然待解

                      固態電池進入量產階段,才是真正開始投入應用的標志?,F在,對于還要等多久時間的問題,人們都在翹首期待一個答案。

                      近日,蔚來汽車宣布將于年內量產ET7,而這款車也是該公司首款應用固態電池的產品。據悉,頂配版蔚來ET7將配裝150kWh固態電池,續駛里程達到1000公里。但資料也顯示,該款固態電池是90%固態+10%液體電解質的半固態電池。

                      “半固態電池是一種過渡性技術,依據現有鋰電池制造條件完全可以量產。”山東電池工業協會顧問謝瑜忠在接受記者采訪時表示,在目前常見的NCM811電池基礎上,向負極材料中添加硅碳元素,就可以制造出半固態電池,技術上并不難實現。其實,今年蜂巢能源發布的果凍電池也是一種半固態電池,已具備量產條件。

                      而真正的固態電池要實現量產,還面臨不少挑戰。“固態電池具有諸多優點,但要量產還需攻克一系列難題。”

                      江蘇新能源汽車行業發展研究院研究員厲建平認為,固態電池具有安全、能量密度高、循環性能好、適應溫度廣、充電速度快等優點,但量產的難題在于:一是在固態電解質的選擇上,幾種技術路線各有千秋,如氧化物固態電池、薄膜固態電池難以制成大容量動力電池,聚合物固態電池無法在室溫下工作且難以兼容高電壓正極,硫化物固態電池則面臨電解質對空氣敏感、制造條件苛刻、原材料昂貴、規?;a技術不成熟等問題;二是生產工藝不成熟,由于技術路線不確定,難以做到像現有三元鋰電池那樣成熟;三是還要解決固態電解質材料的鋰離子電導率偏低、固/固界面接觸性和穩定性差等問題;四是現階段制備工藝復雜,整體生產成本過高。

                      “其實,諾獎得主威廷漢所說的固態電池要滿足的技術要求,都是目前需要破解的技術難題。”浙江新能源技術應用研究院研究員陸安程告訴記者,目前各國選擇的技術路線并不相同。其中,日韓企業多采用硫化物固態電解質技術路線,而中國企業多以氧化物路線為主,歐美企業的選擇則呈多樣化,如寶馬與福特投資的Solid Power主要研發基于硫化物的全固體電池,而另一家美國電池企業Quantum Scape研發的固態電池走的是氧化物路線。

                      “從當前技術水平看,距離固態電池規?;慨a預計還需要5~10年時間。”華東汽車新材料技術研究院研究員林澍文認為,雖然有的公司已開發出固態電池樣品,但距離量產和商業化還有不近的距離。

                      搶占技術制高點的競爭激烈

                      盡管還有技術瓶頸有待突破,但這仍然擋不住企業紛紛搶先對固態電池進行布局的步伐。

                      成立于2012年的Quantum Scape,獲得了大眾汽車、上汽集團、大陸集團等企業的投資。寶馬、福特、SK創新看好的Solid Power,計劃2022年試制固態電池產品,并計劃2024年開始量產。而豐田汽車在固態電池研發上也不落后,其推出的固態電池原型車已開始測試,有望2025年前后量產。

                      此外,大眾汽車公開表示,未來將著力發展固態電池技術,并預計2025年投入使用;本田今年開始全固態電池生產技術驗證,并力爭應用到量產車型上;寶馬集團發布規劃,稱計劃在2030年前實現量產;LG能源也正在開發全固態電池,預計2026年實現量產;現代汽車的固態電池量產則定在2030年。

                      在國內,也有多家電池企業開始發力。被一汽、蔚來等車企看好的輝能科技,預計在2024年量產固態電池;大眾汽車參股的國軒高科,正在推進固態電池及其固態電解質的研發;寧德時代主攻硫化物固態電池技術;萬向錢潮、贛鋒鋰業、天齊鋰業、中天科技等企業也在研發固態電池;贛鋒鋰業擬投資22億元建設高比能固態電池超薄鋰負極材料項目。

                      林澍文告訴記者,豐田的車規級固態電池擁有超過1000項專利,位居全球前列,而且大多是含金量較高的發明專利;國內多數電池企業與固態電池相關的專利大多只有個位數或兩位數,輝能科技相關專利據稱已到三位數,但大多是實用新型專利和外觀設計專利,與豐田相比依然存在一定差距。

                      2020年11月,國務院辦公廳印發的《新能源汽車產業發展規劃(2021~2035年)》明確要求,加快固態動力電池技術研發及產業化。據預測,到2030年,全球固態電池市場將超過60億美元(約合人民幣383億元),中國市場的占比將超過50%。

                      “在代表技術創新發展方向的固態電池方面,率先搶占技術制高點是關鍵。”厲建平認為,這也是率先量產及占據市場優勢地位的關鍵。

                      實習編輯:高晨旭

                      來源:中國汽車報
                      編輯:GY653

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