全固态电池要“上车”没那么容易

科技 2024-06-11 19:07 阅读:3

最近固态电池频有大消息。

据中国日报5月29日消息,中国或将投入约60亿元用于全固态电池研发,包括宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝新能源和吉利共六家企业或获得政府基础研发支持。

多位知情人士确认,此项行业内史无前例的项目由政府相关部委牵头实施,鼓励有条件的企业对全固态电池相关技术开展研发。据悉,该项目经过严格筛选后,最后具体分为七大项目,聚焦聚合物和硫化物等不同技术路线。

全固态电池有啥优势?

传统锂离子电池包括正极、负极、电解液、隔膜四大组成部分,固态电池将电解液换成固态电解质。固态电池较之传统锂离子电池,关键区别在于电解质由液体变为固体,兼顾安全性、高能量密度等性能。

理论上,固态电解质电池是锂电钠电的最终形态,可以彻底解决安全问题,是新能源下半场当仁不让的主角。固态电池产业链与液态锂电池大致相似,上游包括原料矿产、机械设备以及基础材料,两者主要的区别在于负极材料和电解质的种类,正极材料方面几乎一致,若完全发展至全固态电池,隔膜也完全被替换。产业链中游为电池包的加工制备过程,产业链下游应用领域包括新能源汽车、储能系统、消费电子等。

全固态电池,由于潜在的高能量密度、安全性和低成本等多维优势,被国际普遍认为是下一代新能源动力电池的发展大势。

一般来说,电动汽车期望动力电池寿命达到10年以上,大规模的电网储能、工商业储能更希望其服役寿命长达25年以上,从而降低全生命周期内的购置成本。

目前已经大批量商业应用的三元锂电池、磷酸铁锂电池等都含有液态电解质,在电池内部与正负极材料、隔膜、封装结构件缓慢相互作用与反应,长期作用下,溶剂容易干涸、挥发、泄漏,正负极材料容易被腐蚀,影响电池寿命。

锂离子电池的性能与循环寿命与电池中的杂质含量密切相关。杂质的存在会使得活性物质消耗、电解液慢慢耗尽、电池内阻不断增大,所以电池的生产环境要求特别严苛,但实际情况又很难做到。

近年来,发生的电池自燃等安全事故,都与锂离子电池中使用可燃的液体溶剂有关。虽然采用了阻燃剂、陶瓷隔膜、增加冷却等一系列技术方法,但也只能是在局部出现问题时,阻住蔓延,最大限度控制风险,不能从根本上解决问题。

如果能够使用完全不燃烧的无机固体电解质,就可以从根本上解决锂离子电池安全问题。而且大规模量产后,还可以降低电池整体制造成本、降低制造技术门槛,有利于锂离子电池更大规模的推广使用。所以各国对此都投入了大量的人力物力在这个方向的研究与实践。

下一代电池技术竞争的关键制高点

“固态电池普及之日,就是燃油车退出历史舞台之时。”对于固态电池的江湖地位,新能源行业曾流传着这样一句话。

今年1月,中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高曾分享了当下的一个业界共识,“全固态电池是下一代电池的首选方案之一,被列入中国、美国、欧盟、日韩等主要国家的发展战略,也成为下一代电池技术竞争的关键制高点。”

近年来,我国出台了一系列政策,支持固态电池产业的发展。2020年10月,国务院发布的《新能源汽车产业发展规划》,将固态电池列入行业重点发展对象并提出加快研发和产业化进程。2023年1月,工信部等六部门联合发布的《关于推动能源电子产业发展的指导意见》,进一步提出加强固态电池等标准体系研究。

在国家大力支持背后,多家企业都在加速布局这一赛道。以前述可能获得研发支持的六家企业为例,各家企业均有一定的技术储备,但研发进展不一。

宁德时代曾表示,涵盖固态电池等很多技术都在储备。上汽集团方面也曾表示,其全固态电池基于聚合物-无机物复合电解质技术路线打造,将于2026年实现量产。

而作为中国科学院物理研究所固态电池产学研孵化企业,卫蓝新能源同样预计到2026年年底可实现全固态电池的量产。吉利方面,去年1月,吉利方面公开招标智行科创固态电池实验室设计建设项目,内容涉及固态电池实验室设计及建设等。今年1月,有吉利汽车内部人士表示,对于固态电池的布局,公司不仅与卫蓝新能源建立了投资合作关系,还专门成立了固态电池研发团队,正在与多家动力电池厂商开展联合试验。

商业化进程仍面临挑战

尽管市场热情被点燃,但固态电池的商业化进程却面临诸多挑战。

成本与电导率低是固态电池目前的劣势。举例来说,固态电池的成本大约为150美元/kWh,而液态电池的成本为120美元/kWh。这意味着固态电池的成本比液态电池高约3成。

另外,有数据显示,现阶段固态电池的每千瓦时成本大约为150美元,几乎是三元锂电池的两倍。如果使用现有技术制造足以为汽车供电的固态电池,其成本可能非常高昂。

据深度科技研究院院长张孝荣预计,在2026年后,随着产业链的成熟,固态电池的成本有望接近液态电池。不过这也需要通过提高固态电池的产量,拉低材料成本,还需要通过优化固态电池的产业链,提高生产效率,进一步降低固态电池的成本。此外,通过研发复合电解质,结合不同材料的优势,可以提高固态电池的性能和降低成本。

虽然固态电池目前尚未实现大规模商业化,但其在新能源汽车、3C电子及全球储能等领域已经开始展现其市场价值。

中商产业研究院预计,作为一项颠覆性技术,若固态电池能实现产业化,逐步提升渗透率,到2025年固态电池在动力电池中的市场空间能达到60亿元左右。

但需要注意的是,也有不少车企负责人对固态电池的量产并不看好。蔚来汽车创始人李斌曾公开表示,全固态电池的量产还是很远的事情,真正的全固态电池量产仍需5——10年。

两个关键点

结合当前行业现状,全固态电池的规模化应用和商业化落地显然不可能一蹴而就,而是需要经过充分严谨的测试和验证过程,包括搭载整车的验证、高寒高温的验证等。

目前看,实现全固态电池量产目标有两个关键点:

一是循序渐进,重视应用与研发、生产的双向促进。半固态是实现全固态的必然发展阶段,全固态电池仍然面临诸多科学和工程问题,需要分步骤实现,比如先将液含量降低到10%,提升安全性和能量密度;再降到5%,拓宽材料选择范围,增加性价比;最后借助前面两个阶段的技术进步和成本摊薄,实现电池的全固态形态。

二是需从整个产业链角度进行重构、配置和升级。现有的动力电池上游产业链无法支持固态电池的研发需求,全固态电池是多维度创新的结合体,既包括材料的创新、工艺的创新、设备的创新,也有产业链的创新。相关产业链企业应结合自主品牌汽车规模化搭载固态电池技术的契机,实现产业链的升级,以加速实现全固态电池的量产应用。

结语

从当前各家固态电池水平来看,全固态电池技术还不成熟,产业链成本高企,因此全固态电池也难以短时间内规模量产,离真正的商业落地仍有距离。

全固态电池作为一种具有巨大潜力的电池技术,确实值得我们投入大量的精力和资源进行研究和开发。然而,要实现全固态电池产业化,还有很长的一段路要走,还须具备攻坚克难的思想准备,面对各种技术难题和挑战。