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盘点|万向/CATL/比亚迪等固态电池进展

 尽管规模化地使用仍需耐心等候,但没有谁质疑固态电池的应用前景。

在里程焦虑和补贴门槛抬升的多重压力下,主机厂一直在费尽心机地寻求电动车续航里程的提升。尽管理论上可以通过增加电池装载量达到目的,但随之而来的是动力系统成本和重量的增加,从经济性和安全性的角度考量,提高电池能量密度才是治本之法。

对此,中国工程院院士陈立泉此前曾明确表示:“能量密度要进一步提高,必须从现在开始考虑全固态锂电池。”固态电池使用固态电极及电解质,其中的固态物质能够代替锂离子电池中的液态电解质,从而促使产品能量密度提升、重量减轻、安全性改善并缩短充电时间。

毫无疑问,成熟的锂离子电池在不短的时期内仍将是动力、消费电子和中小规模储能的最好选择。但受制于现有体系架构和关键材料影响,锂离子电池能量密度要实现300Wh/kg就具有极大的难度。

而按照国家《节能与新能源汽车技术路线图》,到2025年,纯电动车动力电池的能量密度目标为400Wh/kg,2030年目标为500Wh/kg。显然,新能源汽车产业中长期发展需要新的技术储备,全固态锂电池则有望成为下一代车用动力电池主导技术路线。

电动汽车制造商菲斯克在2017年底申请的固态电池专利,一定程度上为固态电池的性能优越性提供了佐证。菲斯克透露旗下固态电池单次充满电后,可支撑电动车持续行驶804公里,充电时间仅为1分钟。此外,受材料和制造层面影响,该固态电池的成本仅为常规锂离子电池2020年预计成本的1/3,为电动车性能全面比肩燃油车提供了可能。

实际上,除了安全性、能量密度高之外,固态锂电池还具有循环寿命长(薄膜型全固态金属锂电池可循环4.5万次)、工作温度范围宽(最高操作温度有望≥300℃)、电化学窗口宽(有望达5V)、具备柔性优势(可制备成薄膜电池和柔性电池)、回收方便(理论上没有废液)等特性。

旭化成名誉技术总监吉野彰也为其站台,公开表示:“新一代的电池,最接近实用性的是固态锂电池。”

尽管预期性能优越,且不少实验室已可以小规模批量试制出能量密度300-400Wh/kg的全固态电池,但业内人士普遍认为,固态电池走向产业化仍需要一定时间,真正实现小规模量产预计在2020年以后,大规模应用则需要更长的时间。

沉着的应用认知并没有阻挡国内外企业对固态电池的投入热情,高工锂电了解到,在国内,包括万向、宁德时代、比亚迪、国轩高科、赣锋锂业、亿纬锂能、珈伟股份等企业都在积极储备,而放眼海外,包括丰田、宝马、现代、戴森、苹果、博洛雷、松下、博世等企业已纷纷在固态电池领域进行了积极地布局。

“钟情”固态电池的丰田此前曾明确对外“坦露心迹”称,企业正全力研发全固态锂离子电池,并已开发出能量密度400Wh/L的电池原型。丰田研究人员表示,该电池约在2020年实现商业化应用,2025年得到实质性改善。

那么国内企业的固态电池技术储备与研发进展如何?能否继续在国际锂离子动力电池领域占据高地?高工锂电特梳理万向、宁德时代、比亚迪、国轩高科、赣锋锂业、珈伟股份、易成新能6家国内企业的固态电池业务进展概述以作参考,具体如下:

01、万向新一代固态电池将用于宝马xEV系列

万向是被不少业内人士视为锂电界隐藏大BOSS的存在,其在固态电池领域的储备不容小觑。

2017年9月,万向旗下的A123系统企业投资了Solid Power(美国固体动力企业),后者专注于开发/扩展具有竞争力的固态电池,已创造出容量比传统锂离子高2-3倍的固态电池。

2017年11月,万向旗下电动车制造商菲斯科申请了一款固态电池专利,该产品可将电动车续航里程提高至800公里,充电时间压缩到1分钟。

2018年2月,万向参投的Solid Power确认与宝马合作,双方将共同研发新一代电动车固态电池技术,根据宝马的表态,新一代固态电池产品将在宝马xEV系列车型上应用。

随后万向再次扩大了在固态电池领域的布局,2018年2月底,万向对外宣布,旗下A123系统企业对美国离子材料企业进行了投资。离子材料企业系一家新材料科技企业,该企业研发出的特殊聚合物电解质,可将新型固态电池性能提高到全新水平。

02、宁德时代已制定并实施固态电池路线

切入固态电池领域的宁德时代,展示出了锂电龙头所具备的慎重和专业。

在正式切入固态电池之前,宁德时代对全球固态电池企业进行了调研,并在此之后确定了自身的发展方向。2016年10月,宁德时代新能源柳娜博士先容了宁德时代在聚合物固态锂金属电池、硫化物固态电池领域的布局和研发路径。

聚合物固态锂金属电池方面宁德时代主要开发了聚合物固态锂金属电池,基于对电池的导电、加工性能的改进,设计制作了容量为325毫安时的聚合物电芯,并表现出较好的高温循环性能。

硫化物固态电池方面,通过对钴酸锂正极材料进行表面修饰,包覆改性后,改善了正极和固态电解质的界面相容性,令正极材料的容量发挥显著提高;开发出混合工艺,可在钴酸锂正极内部形成稳定均匀的电子与离子输运网络,实现电池循环性能提升;提高硫化物在空气中的稳定性,为电池制造成本降低提供可能……

此外,针对材料体系的特点与规模化生产需求,宁德时代探索全固态电池制造工艺,提出以下工艺路线:正极材料与离子导体的均匀混合与涂覆;经过一轮预热压,形成连续的离子导电通道;经过二次涂覆LPS之后,再进行热压,全固态化之后可以去掉孔隙;再涂覆缓冲层后与金属锂复合叠加。柳娜博士表示,虽然该工艺与传统的锂离子电池工艺差异较大,但宁德时代有信心走出一条特色创新之路。

03、比亚迪确定固态电池为未来发展方向

比亚迪创始人王传福以电池专家的姿态,在2016年中期就确定了以固体电池为锂电池未来方向的发展基调。

比亚迪2016年中期业绩会议透露,企业认为固体电池将是锂电池未来的方向,已经在尝试小规模使用,并确定将在未来10年,最快5年内提供该类型产品。

2017年8月,比亚迪申请了一种全固态锂离子电池正极复合材料及一种全固态锂离子电池的发明专利。

2018年1月,比亚迪董秘在互动平台上表示,企业正在积极推进固态电池项目商用。


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