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锂电池“终结者”再突破!固态电池抢占制高点

作者: 潮帝 来源: 潮帝文学网 发布时间: 2020年10月16日 03:22:12

据11月27日报道,澳大利亚迪肯大学的研究人员表示,他们已经设法使用常见的工业聚合物来制造固体电解质,有望使锂离子电池的能量密度增加一倍,这种固态锂电池在过热时不会爆炸或着火。目前团队已经在纽扣电池中进行了测试,他们将寻找商业伙伴将这些固态电池推向市场。

这项新技术使用了一种弱结合到锂离子的固态聚合物材料,来代替通常用作当前电池单元电解质的挥发性液体溶剂。

据该团队陈芳芳博士在新闻稿中表示:“如果行业采用我们的技术,我可以预见道这样一个未来,例如,可以将电池相关设备安全地装在飞机行李中,或者电动汽车不会像现在这样对乘员或急救人员构成火灾危险。”

近年来,动力电池作为电动汽车的“心脏”一直备受关注。随着电池技术的快速发展,当前全球多家巨无霸车企对于固态电池都在投入重金竞相研发。固态电池与传统锂电池相比具有更高的能量密度,同时拥有更大的功率和更长的使用时间,是下一代锂电池发展的大趋势。

随着全球知名企业和研究机构的研发布局,预计2030年全球固态电池需求有望接近500GWh。参考SNEresearch的动力电池出货量预测,若固态电池能在2022年实现市场化并逐步提升渗透,到2025年固态电池在动力电池中的市场空间大约能达到60亿元左右。

从早期的铅酸电池,到丰田等日企主打的镍氢电池,再到2008年特斯拉roaster使用的锂离子电池,传统液态锂离子电池已统治动力电池市场十年。未来,能量与安全需求与传统锂电技术的矛盾将越来越凸显。

再从Fisker宣称开发充电1分钟行驶500公里的固态电池,到宝马已与SolidPower进行合作开发下一代电动车用固态电池,再到丰田又宣称将在2025年前实现全固态电池的实用化。作为下一代电池技术的代表,固态电池日益引发市场高度关注,引发全球范围的企业进行提前卡位。

固态电池是采用固态电解质的锂离子电池。固态面临的挑战主要包括降低成本,提高固体电解质的安全性,以及在充电和放电时保持电极和电解质之间的接触。

与传统锂电池相比,全固态电池最突出的优点是安全性。固态电池具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性,避免了传统锂离子电池中的电解液泄露、电极短路等现象,降低了电池组对于温度的敏感性,根除安全隐患。

相比于传统的锂电池来讲,由于固态电解质取代了传统锂离子电池中可能燃爆的有机电解液,这样解决了高能量密度和高安全性能两大难题,在相同能量下用固态电解质取代电解液的电池,更薄且体积更小。

许多问题很难在锂离子电池现有技术的参数范围内得到解决:(1)安全性和可靠性;(2)能量密度;(3)运行环境温度;(4)充电速度。固态电池作为下一代很有前途的技术,很有可能解决这些问题,而且其性能的提高也很明显。

目前全固态电池尚处在研发早期,研发方向主要包括聚合物、氧化物和硫化物三大固态电解质的典型技术开发方向。三大体系各有优势,其中聚合物电解质属于有机电解质,氧化物与硫化物属于无机陶瓷电解质。

其中,聚合物固态锂金属电池的开发主要以Bolloré、宁德时代和东北师大为代表;氧化物锂金属固态电池的开发主要以美国橡树岭国家实验室,QuantumScape,Sakti3以及中科院等为代表;硫化物固态电池的开发主要以丰田、三星、本田以及宁德时代为代表,其中以丰田技术最为领先。

对于全固态锂电池来说,当前阶段最大的需求来自于汽车产业,随着新能源汽车的铺开提上日程,各大车企纷纷布局全固态锂电池,期待3-5年后开始全固态锂电池的商业化生产。除此之外,消费电子、智能家居和航天航空等领域也存在一定的全固态锂电池需求。

全固态电池有望成为下一代商业化动力电池,募投项目中下一代电池研发方向包括氢燃料电池、锂空气电池和全固态电池,其中全固态电池最有望成为下一代商业化动力电池。

目前全球供应商、材料企业、电池企业都在大力推进固态电池的研发。

纵览全球固态电池企业,有初创公司,也不乏国际厂商,企业之间独踞山头信仰不同的电解质体系,未出现技术流动或融合的态势。

欧美企业偏好氧化物与聚合物体系,而日韩企业则更多致力于解决硫化物体系的产业化难题,其中以丰田、三星等巨头为代表。

固态电池领域的第一集团军,日本拥有固态电池专利916件,占比接近一半,领先优势明显;美国和中国分别以398件和362件的专利数位居第二、第三。

在全固态电池专利方面,日本具有明显的优势,丰田拥有固态电池专利252件,数量远超其他车企与电池企业。