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固態電池產業化有多遠?

鉅大LARGE  |  點擊量:814次  |  2019年02月19日  

雖然固態電池技術早已誕生,但要實現產業化并替代傳統的鋰離子電池仍需要較長過程,未來5-10年內鋰離子電池仍將是主流路線。要實現全固態電池的大規模產業化,技術突破很關鍵,而且材料、工藝、設備都需要相應提升。


在電動汽車領域,如何通過持續提升動力電池的能量密度來提高單次充電續航里程,已經成為產業界和學術界所共同面臨的問題和挑戰之一。


按照《節能與新能源汽車技術路線圖》,2020年的純電動汽車動力電池的能量密度目標為350wh/kg,2025年目標為400wh/kg,2030年目標為500wh/kg。


業內指出,2020年能量密度可以通過對現有材料體系的潛力挖掘實現(即高鎳三元+硅碳負極),2020年后需要通過材料和電池體系的升級來完成。


“如果能量密度進一步提高,一定從現在開始就要考慮固態鋰電池。”中國工程院陳立泉院士看來,電動汽車產業中長期發展需要進行技術儲備,而固態電池有望成為我國下一代車用動力電池主導技術路線。“發展固態電池,刻不容緩”。

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充電溫度:0~45℃
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-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

除了可以達到更高的能量密度這一優勢以外,固態電池還具有更安全、循環性更好、成本更低等優點,這主要是因為固態電池可能具備以下十大性質:有望抑制鋰枝晶,不易燃燒、不易爆炸,無持續界面反應,無電解液泄露、干涸問題,高溫性能更好,無脹氣,原材料純度要求降低,正極選擇面寬,非活性物質體積量減少,電芯內部可串聯。


目前,日韓、美國、歐洲等多個國家都已經開始布局固態電池,但基本都處于小容量樣品電芯階段。在我國也已經有中科院物理所、中科院化學所、大連化物所、寧德時代、天津力神、中航鋰電等十余家研究機構和企業對固態電池展開研究。國內外主流的技術方向有聚合物固態電池、薄膜固態電池、硫化物電解質基固態電池等。


雖然固態電池在多方面表現出明顯優勢,但同時也有一些需要解決的問題:固體電解質材料導電率低、內阻較大;固態電解質、電極間界面阻抗大,界面相容性較差,界面鋰離子電導率較低,固態電解質在充放電過程中體積膨脹和收縮,導致界面容易分離;有待設計和構建與固態電解質相匹配的電極,研究和開發出適合于固態電解質的鋰離子電池體系;制備工藝復雜、成本較高等。


雖然說固態電池理論能量密度高,但是由于其電導率低,目前產業化的固態電池實際輸出能量密度仍然較低,如法國BatScap目前批量應用的固態電池能量密度僅為100Wh/kg,遠低于其理論水平。


要實現固態電池產業化,需要從以下幾個方面入手:?確定一種或幾種成熟的生產工藝,提高規模化效應,降低使用成本;?形成標準化的產品,提高生產效率及良品率;?尋找合適的材料體系,解決輸出能量密度低和鋰枝晶問題。

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GGII認為,雖然固態電池技術早已誕生,但要實現產業化并替代傳統的鋰離子電池仍需要較長過程,未來5-10年內鋰離子電池仍將是主流路線。要實現全固態電池的大規模產業化,技術突破很關鍵,而且材料、工藝、設備都需要相應提升。

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