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固態電池:臨界點的最終對決

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2022年06月21日  

如今固態電池領域愈發火熱,在市場的推動下,越來越多的玩家進入,并開啟新一輪競爭,期待盡快迎來固態電池商業化,助力新能源汽車發展。


1、發展風向標


我國科學院院士歐陽明高表示,按時間軸來看,未來電池材料體系的發展趨勢重要分為三個階段:2025年產業化目標是批量生產的電池普遍達到350瓦時/公斤,重要包括常規鋰電池材料、固液混合材料、鈉離子、鉀離子等液態電池材料體系。2030年的目標是達到400瓦時/公斤,全方位實現產業化,該階段將實現液態到固態的過渡,包括液態高電壓、厚電極、少電解液;正極高鎳如Ni95,負極硅碳;以及準固態電池體系。2030年應該是轉向全固態電池發展的一個關鍵節點,預計國內全固態電池占比不會超過1%。2035年的目標是達到500瓦時/公斤,實現產業化。包括全固態電池、鋰硫電池以及高容量富鋰錳基材料,而且電壓窗口會提高到5伏。但不是實車正常使用的,而是處于實驗室階段或者特殊用途的。


日前,伊維經濟研究院副院長吳輝在接受《新能源汽車報》記者采訪時表示,未來動力鋰電池的發展方向中有三方面至關重要,在電解液方向上,固態電池是未來重要的發展方向;在正極材料方面,高鎳是電池能量密度進一步提升以及降成本的有效方式;在負極材料方面,硅碳負極可提升電池能量密度,將成為未來材料升級的方向。


一位動力鋰電池領域專家在接受《新能源汽車報》記者采訪時說道:"以后動力鋰電池的重要發展方向還是固態電池。"


顯然,固態電池早已成為動力鋰電池突破的風向標,同時也成為各公司追逐的下一個目標。因為固態電池的優勢相比目前其他動力鋰電池來說更勝一籌,它具有更高的安全性,以及高比能。相比目前最熱的4680大圓柱電池來說,仍然是動力鋰電池中的佼佼者。


2、開辟新賽道


在今年年初,贛鋒鋰業和東風合作,固態電池首次裝車東風,東風E70電動汽車正式完成交付。清陶能源公布完成新一輪融資,重要投資方是上汽、北汽、國壽資本、國開制造業轉型升級基金等,其中上汽為第二次參投,北汽則是第三次參投。三月二十四日,衛藍新能源發生工商變更,其投資方新增了小米、華為等跨界造車新勢力。


近期炙手可熱的非4680大圓柱電池莫屬,TSLA帶頭,眾多公司紛紛"下注",欲搶跑新賽道。大圓柱電池熱鬧的同時,固態電池也絲毫沒有"懈怠",眾車企近期接連公布純電動汽車事業領域的最新舉措,其中不乏固態電池的最新進展,勁頭十足。兩個目前都處于"神秘期"的動力鋰電池,也在暗暗進行著一場較量。相信很多人都很好奇,兩者相比,到底哪個更勝一籌?


清陶(昆山)能源發展有限公司總經理李崢告訴《新能源汽車報》記者:"4680電池和固態電池沒法做比較。因為固態電池是材料體系上的創新,4680大圓柱電池是形狀上的改變。4680本質上是液態電池,是三元鋰電池的一種類型。目前液態電池最高能量密度的是NCM811高鎳電池,但是其安全系數不夠,容易造成熱失控,導致起火等問題。但是對固態電池來說,一切都處在起跑線,一切皆有可能,高鎳8系材料假如用到固態電池中將會相對穩定,甚至可以搭載9系高鎳材料,而且在形狀上也可以進行創新。固態電池是一個新賽道,而不是階段性的一個產品,其電解質安全性更高,正負極材料選擇性更大。


我國科學院物理研究所研究員李泓表示,固態電池有可能在一些方面具有優勢:首先是能夠充電到更高的電壓,正極材料不容易析氧,負極可以含有金屬鋰,不容易和鋰持續發生副反應,也不容易熱失控,不容易脹氣,高溫穩定性好。這些優點使得固態電池的電芯有可能具備本質安全的特性,可以把電芯容量尺寸做大、能量密度提高、模組集成效率提高,允許更高的充放電倍率和高溫運行,支持絕熱和自加熱的熱管理。電芯做大以后也方便植入多元傳感器,同時具有超長的循環壽命。另外,因為固態電解質沒有持續副反應,整個材料體系對雜質不敏感,同時也更方便地支持干法電極工藝,有可能簡化后段工藝,也更支持預鋰化工藝,從而提高生產效率,顯著降低電池的成本。


3、半固態先行


四月十一日,日產正式公布疊層軟包全固態電池電芯的試點生產設施,并計劃在2028年實現固態電池大規模量產,同年將推出首款搭載獨創全固態電池的電動汽車型。四月十二日,本田汽車公布將在2020年代后半期,加快新一代電池的自主研發,并計劃投資約430億日元,為目前正在開發的全固態電池建設示范生產線,建成投產后,計劃用于2020年代后半期推出的車型中。此前,蔚來公布150kWh固態電池,可實現360Wh/kg的能量密度,突破1000km續航,預計2022年第四季度開始交付。眾車企都緊盯固態電池,距離目標Deadline臨近,固態電池發展如何?


李崢向《新能源汽車報》記者介紹了固態電池的進化可能會經歷三代,第一代能量密度在360-370Wh/kg,液體的含量是現有液態電池的一半;第二代能量密度可達400-500Wh/kg,液體含量占電池整體僅3%左右;第三代將是全固態電池,能量密度目標達到500Wh/kg以上。固態電池的量產也要對產業鏈進行培育,目前可以實現量產的是第一代,也可以叫做半固態電池,基于傳統動力鋰電池產業鏈70%可以延用,30%要創新,第二代固態電池在產業鏈設備方面就要進行70%的創新。同時生產規模化還不夠,固態電池的產業化還要時間。但固態電池的優勢顯而易見,更高的安全性和能量密度,同時在制程上的減少,可以實現動力鋰電池一致性的提高和制造成本的降低。目前可以實現量產的半固態電池相較普通方形液態電池來講,成本方面持平,同等體積下電量可提升35%左右。


贛鋒鋰業市場總監孫一帆在接受《新能源汽車報》記者采訪時表示,固態電池的商業化是個漫長的過程,除了整個行業都缺乏一次甚至數次革命性的技術突破外,在全固態電池的材料路線、生產工藝選擇上,也面對著很多不確定性。不過也有可以期待的點,如今固態電池領域愈發火熱,在市場的推動下,相信隨著越來越多的玩家進入,能更早迎來固態電池商業化的一天。目前看來,就車用動力鋰電池而言,半固態從技術和生產的角度已經具備商業化的能力,由于其更加安全的特性,是目前綜合性能最適合的產品,相對全固態在成本、倍率、車況下循環壽命方面具備優勢,不是一個簡單的過渡態,相當長時間內都會有市場應用。


新能源汽車的發展離不開動力鋰電池的創新,更要電化學體系上的創新,除了高比能,安全是關乎駕乘安全的核心話題。固態電池憑借其優勢開辟動力鋰電池產業新賽道,受到市場廣泛關注,期待其上車后的精彩表現。

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