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"黑科技"固態電池"現實骨感"

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2022年06月28日  

近日,大眾集團宣布已向斯坦福大學研發固態電池的衍生公司QuantumScape追加投資2億美元,旨在加速推動固態電池技術的研發和商業化量產。此前不久,造車新勢力——合眾公司和清陶能源達成全面深度合作,共同推進固態電池的研發和應用。


今年以來,國內外公司在固態電池領域投資布局動作頻頻。但業內認為,固態電池還存在諸多待解難題,產業化進程任重道遠。


下一個競爭高地


繼2018年投資1億美元后,大眾集團再次發力。增資對象QuantumScape成立于2010年,是斯坦福大學的衍生公司,其試制的全固態電池安裝在車輛驅動系統上已完成了操作測試實驗。大眾集團預測,假如使用全固態電池,該公司的EV車型"e-golf"的續航里程可以從現有的300公里提升至750公里。


固態電池技術是公司的下一個競爭高地。全球多家車企、動力鋰電池公司和科研院校都在致力于固態電池的科研攻關。寶馬集團早在2017年就牽手SoildPower開發固態電池;豐田是較早布局固態電池的車企,并有望在2022年推出搭載固態電池的車型;今年年初,戴姆勒宣布和加拿大魁北克水電公司合作開發固態電池技術,一旦固態電池達到了可量產狀態,將使用在戴姆勒電動汽車上。


我國科學院院士歐陽明高曾公開表示,日本自2017年起,投入了大量的研發經費,舉全國之力研發下一代固態電池。美國和歐洲也在全力開發。我國電池產業雖然在此領域取得暫時優勢,但國際競爭壓力巨大,需全力追趕固態電池等前沿技術。


國內方面,目前清陶能源、CATL、北京衛藍等公司走在了研發前列。造車新勢力——天際汽車在2019年初就推出了首款搭載固態電池的ME7樣車,并宣稱在2021年實現量產;日前,合眾公司和清陶能源達成全面深度合作,共同推進固態電池的研發和應用。


合眾公司首席研發官王可峰透露,合眾旗下第二款量產車——哪吒U將由此成為全球首款搭載固態電池的量產車。目前,雙方已經進行了近兩年的聯合研發和測試,計劃十月份申報工信部通告,年底前量產500臺。


隨時準備顛覆現有產品體系


公司之所以紛紛布局固態電池,看中的正是它有望解決困擾動力鋰電池行業的兩大挑戰——安全隱患和能量密度偏低問題。


所謂的固態電池,顧名思義就是使用固體電解質的鋰電池。在工作原理上,全固態電池和傳統的鋰電池并無差別。


傳統鋰電池由正極、負極、隔膜和電解液組成,其中電解液中含有易燃的有機溶劑,發生內部短路時溫度驟升容易引起燃燒,甚至爆炸。而固體電解質材料具有不可燃、無腐蝕、不揮發的特性,不存在漏液問題,用固態電解質替代電解液,具有高安全性。此外,全固態電池使用金屬鋰做負極,電池能量密度有望達到300—400Wh/kg,甚至更高。業內普遍認為,全固態電池有望成為下一代動力鋰電池的技術路線。


最近兩年,動力鋰電池技術路線日益多元化。CATL推出了CTP技術、比亞迪公布了刀片電池、蜂巢能源也推出了首款無鈷電池。相關技術儲備是否會有所沖突?"刀片電池、CTP技術只是在結構上做了一些優化,跟固態電池的發展并不矛盾。"我國化學和物理電源行業協會秘書長劉彥龍告訴記者。


事實上,固態電池的研發已經上升到國家戰略層面。2019年十二月,工信部公布的《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035年)》(征求意見稿),對提高技術創新能力提出了要求,其中便包括了"加快全固態動力鋰電池技術研發及產業化"。


華經產業研究院認為,固態電池等新的技術革命隨時準備顛覆現有的整個產品體系框架。隨著研發和工業技術的不斷發展,未來幾年,固態電池產品的市場會迎來蓬勃的發展機遇。


多項技術難題待突破


"現在所說的固態電池,是為了解決電動汽車的安全問題,新增了一部分固態電解質。多數是對現有鋰電池技術的改進,屬于半固態電池。"劉彥龍告訴記者,全固態鋰電池,是一種使用固體電極材料和固體電解質材料,不含有任何液體的鋰電池。"固態電池"和"全固態電池"一字之差,卻還有較長的路要走。


劉彥龍介紹,目前全固態電池在電解質導電性、金屬鋰的可塑性、界面相容性等方面還存在技術難題。比如,在和電極的接觸上,液態電解質可以最大限度地和之接觸,而固態電解質和電極之間很難做到完全貼合,電導率低于液態電解質;在頻繁充放電過程中,各種材料體積會膨脹和收縮,如何保證電極結構的穩定也還要進一步研究。


考慮到全固態電池面對的現實難題,以及行業對高安全、高能量密度動力鋰電池的迫切期待,半固態電池成為當下的一個務實選擇。電池結構設計正逐漸由減少液體的使用,向無液體的全固態電池邁進。


劉彥龍坦言,理論上認為全固態電池是動力鋰電池發展的一個方向,但目前還沒有做出一款全固態電池去檢驗其全生命周期的競爭力。"全固態鋰電池是否真的能解決鋰離子的本質安全性還有待更廣泛、更深入的研究和數據積累。"在他看來,只有安全性、能量密度、循環壽命、成本都接近甚至優于現有的鋰電池時,全固態電池才具備產業化的基礎。


在劉彥龍看來,全固態電池短時間內很難產業化,起碼要等到2030年左右。"全固態電池得先做出來,先應用于小電流的電子產品上,再逐步應用到大電流、大倍率的電動汽車上。"

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