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固態(tài)鋰電池成戰(zhàn)略重心

鉅大LARGE  |  點擊量:873次  |  2019年03月30日  

具有高能量密度以及高安全特性的固態(tài)電池正在全球范圍內(nèi)受到關(guān)注。伴隨著新能源汽車的高速發(fā)展,提高車輛續(xù)航里程的呼聲日益響亮,想要汽車“跑”得遠,選用能量密度更高的固態(tài)電池成為一個可行的選擇。在此背景下,不同國家和地區(qū)的相關(guān)研究機構(gòu)和企業(yè)紛紛進入“賽道”,開啟了一場發(fā)力布局和加速固態(tài)電池研發(fā)的“拉力賽”。


“想要達到2020年及以后的動力電池能量密度發(fā)展要求,實現(xiàn)能量密度大于500Wh/kg的目標,現(xiàn)有的液體電解質(zhì)電池體系恐怕無能為力。作為下一代面向500Wh/kg的電池技術(shù)路線,固態(tài)電池體系的研發(fā)已成為剛需。新能源汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展需要新的技術(shù)儲備,固態(tài)鋰電池則有望成為下一代車用動力電池主導技術(shù)路線,它不只是未來二次電池的重要發(fā)展方向,也是當前的重要任務。”中國科學院物理研究所研究員陳立泉近日表示。


國內(nèi)外市場同時發(fā)力


國內(nèi)外不少大型車企現(xiàn)已開始發(fā)力固態(tài)電池的研發(fā),以求奪得未來發(fā)展新能源汽車的技術(shù)話語權(quán)。“各大汽車產(chǎn)業(yè)強國在研發(fā)應用新一代高能量密度動力電池方面都不甘落后。”日前發(fā)布的《中國新能源汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告(2018)》分析指出。


進軍固態(tài)電池領(lǐng)域,大眾汽車顯然早有計劃。其大規(guī)模電動車發(fā)展計劃“RoadmapE”預計投資500億歐元,將在中國、歐洲及北美開展動力電池長期戰(zhàn)略合作項目,并在2025年之后實現(xiàn)固態(tài)電池裝車應用,實現(xiàn)1000公里的續(xù)航里程。同樣積極布局固態(tài)電池的還有寶馬汽車,其與美國電池技術(shù)公司SolidPower建立合作伙伴關(guān)系,共同開發(fā)電動汽車專用固態(tài)電池技術(shù)。

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在亞洲,固態(tài)電池同樣是汽車公司以及電池企業(yè)布局的熱點。日本豐田給出的“答卷”是與松下聯(lián)合研發(fā)方形固態(tài)電池,同時計劃發(fā)展更高密度的新一代全固態(tài)電池。而韓國電池制造研發(fā)企業(yè)LGChem則選擇與三星SDI聯(lián)合研發(fā)高鎳NCM、NCA以及固態(tài)電池,并表示固態(tài)電池量產(chǎn)將在2025年左右。


面對競爭激烈的國際固態(tài)電池市場,我國以中國科學院物理研究所為代表的研究團隊,也正在積極推進固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化工作。同樣發(fā)力的還有企業(yè),贛鋒鋰業(yè)正與中國科學院寧波材料所進行合作,寧德時代、天津力神、中航鋰電及衛(wèi)藍新能源等企業(yè)也在進行固態(tài)電池的開發(fā)。


“可以看到,不管是車企還是電池企業(yè)都著眼于全固態(tài)電池的研發(fā),這更像是一場高比能全固態(tài)電池的技術(shù)競賽,將極大促進高比能全固態(tài)鋰電池最終實現(xiàn)。”北京理工大學材料學院教授吳伯榮表示。


多道難題待解


據(jù)記者了解,固態(tài)鋰電池的關(guān)鍵是固態(tài)電解質(zhì)材料,現(xiàn)有的無機固體電解質(zhì)和高分子聚合物電解質(zhì)材料,沒有任何一種既有高離子電導率和機械強度,又有良好的加工性能。“目前高分子聚合物電解質(zhì)材料在室溫離子電導率低,而無機固體電解質(zhì)則存在制備困難的問題,怎么辦呢?我們要挑選各自的優(yōu)點,規(guī)避缺點。”中國科學院院士南策文指出,想要“兩全其美”,就必須對固態(tài)電解質(zhì)材料的研發(fā)提出更高的要求。

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面對固態(tài)電池發(fā)展過程中的阻力,中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會秘書長劉彥龍同樣提出了自己的看法,“目前最基礎的問題仍然沒有在科研層面得到解決,即固體與固體之間的接觸界面高電阻問題。”過大的電阻不僅會帶來能量的浪費,還會導致電池溫度升高,對其安全性能造成不良影響。


除了技術(shù)上的不成熟,市場規(guī)則不完善同樣是固態(tài)電池成長的“煩惱”。中國汽車技術(shù)研究中心有限公司北京工作部副主任王成告訴記者,縱使近兩年的新能源汽車財政補貼標準關(guān)聯(lián)了動力電池能量密度和車輛續(xù)駛里程,且2018年新版的補貼政策更加細化和完善,但是對于產(chǎn)品能量密度的指標要求迭代周期過短,導致部分企業(yè)一味追求能量密度和高補貼,忽視了產(chǎn)品綜合性能的優(yōu)化,導致企業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)品難以形成積累。


“從整體的技術(shù)鏈來看,固態(tài)電池市場存在布局不均、鏈條不穩(wěn)的風險,難以打下持續(xù)發(fā)展提升的堅實基礎。”王成分析指出,目前仍需進一步引導企業(yè)在技術(shù)以及產(chǎn)品層面形成良性發(fā)展的健康體系,“研發(fā)機構(gòu)和企業(yè)應注重積累的效率,在不斷的積累量變過程中,促成迭代質(zhì)變。”


固態(tài)鋰電池成戰(zhàn)略重心


面對如火如荼的固態(tài)電池“競技場”,中國顯然搶到了參賽的入場券。國務院發(fā)布的《中國制造2025》規(guī)劃中明確提出了對單體動力電池比能量的戰(zhàn)略布局,高比能、高安全、長壽命和低成本固態(tài)鋰離子電池,是我國實現(xiàn)新能源汽車“純電驅(qū)動”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的關(guān)鍵和重要支撐。自20世紀70年代以來,國內(nèi)各研究機構(gòu)、高校,以及近年來隨國家政策而創(chuàng)建的優(yōu)勢電池材料企業(yè),在固態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電池研究方面已取得了系列研究成果。同時,贛鋒鋰業(yè)和寧德時代都將全固態(tài)鋰電池作為下一代高性能動力電池的研發(fā)重點。


“總體看固態(tài)電池發(fā)展的路徑,電解質(zhì)可能是從液態(tài)、半固態(tài)、固液混合、固態(tài)最后到全固態(tài)。負極會從石墨負極,到硅碳負極,最后有可能到金屬鋰負極,但是目前還存在技術(shù)不確定性。”中國科學院院士歐陽明高近日分析指出,“到2030年,希望在電解質(zhì)方面取得突破,全固態(tài)電解質(zhì)會產(chǎn)業(yè)化,電池單體比能量有望沖擊500Wh/kg。2030年,常規(guī)車型的續(xù)航里程應該可以達到500km以上。”


目前,國家自然科學基金委員會、科技部和工信部都已將固態(tài)電池的研發(fā)列為重點專項,隨著更多新型固態(tài)電解質(zhì)材料的發(fā)展和全固態(tài)鋰電池反應機制研究的逐步深入,固態(tài)電解質(zhì)性能有望得到持續(xù)改善。


“但光靠國家的支持是不夠的。”陳立泉指出,“希望鋰電產(chǎn)業(yè)界和投資促進局高度重視,使我國在這場激烈的國際競爭中獲勝,使動力電池產(chǎn)業(yè)從‘跟跑’變?yōu)椤I(lǐng)跑’,促進新能源汽車大規(guī)模的推廣應用。”

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