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深度丨大众、宝马、丰田等车企押注百亿,固态电池2019年会迎来量产?

来源:新材料在线|

发表时间:2018-01-14

点击:5532

日前于京举办的“中国电动汽车百人会论坛(2018)热点问题交流会”上,中科院院士、清华大学教授欧阳明高表示,国内不少科研院所、企业布局固态电池领域,中科院宁波材料所跟赣锋锂业合作,正在推进其产业化,计划2019年量产固态电池。另外锂硫、锂空气电池方面,国内外进展相对缓慢,2017年没有看到突破性的进展。全固态锂电池有望在2025-2030年之间取得突破。


中科院院士、清华大学教授欧阳明高

图片来源网络


消息一出,引发业内持续热议。可以说固态电池无疑是2017年全球电池领域最热的一个技术名词,但大多情况下都是“只闻其声不见技术”,对于2019年固态电池迎来量产,不少业内人士表示保持观望态度,认为其量产还存在不少困难。


广东省动力电池标准化技术委员会何龙平向新材料在线®透露,广东不少大型企业将固态电池技术作为技术储备,但也仅限少数几家,受到安全和价格的双重制约,固态电池迎来量产有待观望。

中国电子节能技术协会、中国电池联盟综合部主任杨清雨对此较为乐观,认为固态电池实验室阶段已经到了尾声,开始为投产使用做好准备,预计2018年底到2019年初会有小批量应用。


而如今,固态电池领域车企鏖战龙头企业密集布局,经历洗牌浪潮的动力电池行业能否“柳暗花明”?


◆车企鏖战固态电池,龙头风口入局


固态电池是一种使用固体电极和固体电解液的电池。其以安全性能好、能量密度高、工作温度区间宽等优势,成为下一代新能源汽车动力电池的理想对象。


传统液态锂离子电池与全固态锂离子电池示意图

图片来源储能科学与技术


2017年底,美国电动汽车品牌菲斯克(Fisker)申请了一个固态锂电池专利,号称充电1分钟,能跑800公里,并计划在今年开始将这项专利进行实际应用。这个消息令整个动力电池市场为之沸腾。可谓是一举解决了快充和续航两大难题。


其实早在2010年,日本汽车制造商丰田就一直在固态电池领域默默探索。但是一直没有起色,直到2016年12月份向美国专利局提交的固态电池专利终于获批,才一鸣惊人。


2017年6月3日,丰田与松下合作全力布局固态电池技术开发。同时对外界宣称2020年代初公司将在全球营销超过10款纯电动车型,2030年之前投资在相关电池研发的资金可能超过130亿美元。


签约仪式

图片来源网络


2017年9月,大众CEO穆伦宣布将投资500亿欧元自建动力电池工厂,并在世界范围内寻找合作伙伴。紧接着,12月19日,德国汽车厂商宝马正式宣布,与电池技术公司Solid Power建立新的合作伙伴关系,双方将联手开发电动汽车专用的固态电池技术。


转向国内,目前A股公司除了近期涉足固态电池的易成新能(300080.SZ),还有宣称已经造出首例全固态电池的珈伟股份(300317.SZ),以及2.5亿元建固态电池研发中试生产线的赣锋锂业(002460.SZ)。这3家涉足固态电池的公司,固态电池推进程度各不相同。此外,电池产业链上的企业,也积极行动起来。宁德时代、比亚迪、比克电池、沃特玛、中天科技,以及当升科技等均有固态锂电池领域的布局。


在此轮涌入动力电池的行业大军中,车企的力量不容小觑,可以说谁掌握了电池技术,谁就占据了新能源汽车制高点。从技术专利到实验量产,一场围绕固态电池全产业链的“攻坚战”即将打响!中国工程院陈立泉院士也曾公开表示,发展固态锂电池刻不容缓!


◆固态电池欲扛“革命大旗”?


固态电池之所以会被各方巨头相中,业内人士认为,是因为其有可能同时解决目前困扰电动汽车行业的两大难题——安全隐患和能量密度偏低等问题。且相比于传统液态锂离子电池,固态电池具有寿命更长、工作温度范围宽等优点。


安全性方面,固态电池的关键性材料固体电解质,很多都是不可燃、无腐蚀、不挥发,且不存在漏液问题,也有望克服锂枝晶现象。目前固体电解质的研究主要集中在三大类材料:聚合物、氧化物和硫化物。


三类固体电解质主要体系和性能

图片来源储能科学与技术


能量密度方面,江苏大学新材料研究院景茂祥博士接受新材料在线®采访时说:“目前青岛能源所实验室能达到350Wh/kg-380 Wh/kg,普遍做到200 Wh/kg -300 Wh/kg之间是比较正常的。”


但如今热络了许久的固态电池为何还未见实质性应用?上述人士表示,固态电池主要是解决高能量密度、安全性等问题,安全是大家公认的,但性能方面,目前相比液态锂离子电池还差很远。景茂祥还表示,固态电池还不能达到量产商用,关键问题还是在于电解质上,尤其是固态电池的低离子电导率(10-6~10-8 S/cm)和高的电极/电解质界面阻抗。


这就导致现阶段快充问题难以实现。湖北大学材料科学与工程学院副教授、新能源材料与研究所所长梅接受新材料在线®采访时也表示,即便是液态电池都比较难实现快充,固态电池目前来说还没办法做到。


有一种观点指出大幅度提高充电电流与电压也可以达到快充的效果,将充电功率提高到150kw甚至350kw,可以使充电时间缩短到10至15分钟。但从整体来看,大功率充电需要更换大量电缆,这样成本会更高,同时安全性也会降低,对电网的冲击也会增大,现阶段并不可取。


新材料在线®在采访中发现,成本高、快充技术无法实现等问题是固态电池商业量产的重大阻碍。即便是固态电池更安全以及拥有更高的能量密度,不少业内人士仍表示,固态电池只闻其声不见技术,未来很长一段时间内,三元体系依旧会占据市场主导。


◆固态电池量产值得期待


传统的锂电池技术受制于液态电解质,难以兼容金属锂负极和新研发的高电势正极材料,从而使能量密度的上升存在瓶颈。在安全方面还会造成短路引燃、离子浓度差增大电池内阻、电极材料持续消耗等问题。同时,2020-2025年政府要求动力电池的技术目标要实现单体能量密度300Wh/kg-400Wh/kg。显然,不论是磷酸铁锂电池还是三元锂电池(三元电池),都难堪此大任。


电池体系能量密度一览

图片来源发射山


政策方面,补贴导致新能源汽车行业井喷,在骗补事件之后,政府持续加大对行业的监管,动力电池的发展也成为行业需要重新审视的领域。其中双积分政策将于2018年4月1日起实施,原定在2019年的补贴退坡节点被提前至2018年执行,续航里程不足150km的产品将不再享有补贴。


奇瑞新能源电池系统部主任设计师朱广燕曾接受媒体采访时表示,补贴退坡之后,企业不是只瞄准补贴去做事情,可能会采用成本更有优势的、安全性的解决方案


从安全性、高能量密度需求来说,电解液趋于固态化是必然趋势。中航锂电不愿具名人士在接受新材料在线®采访时表示,2020年,在政府补贴持续退坡后,市场步入到计划经济转向市场经济的阶段。在未来,当电动车逐步取代汽油车的时候,政府希望众多车企可以从产品形态上做到无缝连接,也就表明从现在开始发展固态电池是正确的选择。


即便如今技术难见,不少人对固态电池保持乐观态度,预计在2020年会在电子产品上有小批量爆发,固态电池也会出现实质应用的产品。中国电子节能技术协会常务副理事长兼秘书长黄建忠表示,固态电池发展较快,如果在技术、成本上能经受住市场考验,量产商用的日子将会很快到来。


另外,在固态电池体系的发展方向上,聚合物和硫化物电解质两者都是未来主要的突破方向。聚合物固态电解质已经有部分产品出现,在法国一些汽车上进行使用。但由于其离子传输主要发生在无定形区,而室温条件下未经改性的PEO的结晶度高,导致离子电导率较低,严重影响大电流充放电能力,需要加热至60°以上才可以充上电。但目前技术已有突破性进展,景茂祥博士表示,采用聚合物电解质在室温下也可以正常充放电,青岛能源所也有相关技术出现


硫化物的固态电解质能与液态相媲美,目前丰田、三星、索尼正在研发硫化物固态电解质,但由于其价格过高,让不少企业望而却步,未来降低合成成本是硫化物的主要研究方向之一。


总体来说,作为新能源汽车的“心脏”,动力电池无疑决定了新能源汽车的未来。动力电池未来发展路径是电解质从液态、半固态、固液混合到固态,最终必将实现全固态的过程。采访中大部分业内人士对固态电池寄予厚望,但未来三到五年内迎来量产还为时尚早。


2018中国锂电产业发展峰会 史上最全锂电池产业链通讯录2

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