近年來,具有能量密度高、安全性能好、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢的固態(tài)
電池受到市場關(guān)注,被視為下一代動力
電池。
電池聯(lián)盟注意到,近期,無論是國外還是國內(nèi),關(guān)于固態(tài)電池消息增多,新進展不斷,這是否意味著其距離產(chǎn)業(yè)化不遠(yuǎn)了呢?
固態(tài)電池技術(shù)新進展不斷
國外方面,豐田公司周二表示,已經(jīng)在固態(tài)電池技術(shù)上取得了重大突破,能夠?qū)㈦姵氐闹亓俊Ⅲw積和成本減半,這可能為電動汽車的進步帶來巨大的推動力。
豐田公司宣布,該公司已經(jīng)開發(fā)出了提高電池耐久性的方法,并相信現(xiàn)在可以制造出續(xù)航里程為1200公里的固態(tài)電池,充電時間為10分鐘或者更短。
豐田公司碳中和研發(fā)中心的總裁海田敬二表示:“無論是液態(tài)電池還是固態(tài)電池,我們的目標(biāo)是徹底改變目前電池過大、過重、過貴的局面,在這方面的潛力上,我們將爭取將這些因素減半。”
伯明翰大學(xué)商業(yè)經(jīng)濟學(xué)教授戴維・貝利認(rèn)為,如果豐田公司的說法屬實,那么這可能是未來電動汽車的一個里程碑時刻。
就在上個月,豐田汽車還表示,正在開發(fā)一種大規(guī)模生產(chǎn)電動汽車固態(tài)電池的方法,目標(biāo)是在2027年至2028年實現(xiàn)該技術(shù)的商業(yè)化。
日前,三星SDI社長透露,“今年,我們已經(jīng)完成了全固態(tài)電池中試線的建設(shè),準(zhǔn)備在下半年生產(chǎn)樣品。” 他還指出,“我們正在為下一代電池產(chǎn)品的開發(fā)和量產(chǎn)做準(zhǔn)備,包括完成直徑46毫米圓柱形電池的‘M線’。”三星SDI的目標(biāo)是在2027年開始固態(tài)電池的商業(yè)化生產(chǎn)。
國內(nèi)方面,據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)發(fā)布的消息,6月27日,該校馬騁教授報道了一種新型固態(tài)電解質(zhì),它的綜合性能和目前最先進的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近,但成本不到后者的4%,很適合產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。該成果發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》上。
報道指出,為了滿足實際應(yīng)用的需求,全固態(tài)鋰電池的固態(tài)電解質(zhì)至少需要同時具備三個條件:高離子電導(dǎo)率(室溫下超過1毫西門子每厘米),良好的可變形性(250-350兆帕下實現(xiàn)90%以上致密),以及足夠低廉的成本(低于50美元每公斤)。但是,目前被廣泛研究的氧化物、硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)都無法同時滿足這些條件。而這些材料中唯一的例外氯化鋯鋰,離子電導(dǎo)率則遠(yuǎn)低于1毫西門子每厘米。
此次研究中,馬騁教授設(shè)計并合成了一種新型固態(tài)電解質(zhì)——氧氯化鋯鋰,這種材料具有很強的成本優(yōu)勢。如果以水合氫氧化鋰、氯化鋰、氯化鋯進行合成,它的原材料成本僅為11.6美元每公斤。而如果以水合氧氯化鋯、氯化鋰、氯化鋯進行合成,氧氯化鋯鋰的成本可以進一步降低到約7美元每公斤,遠(yuǎn)低于目前最具成本優(yōu)勢的固態(tài)電解質(zhì)氯化鋯鋰(10.78美元每公斤),并且不到硫化物和稀土基、銦基氯化物固態(tài)電解質(zhì)的4%。
除了具備極強的成本優(yōu)勢,氧氯化鋯鋰的綜合性能和目前最先進的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相當(dāng)。它的室溫離子電導(dǎo)率高達(dá)2.42毫西門子每厘米,超過了應(yīng)用所需要的1毫西門子每厘米。與此同時,它良好的可變形性使材料在300兆帕壓力下能達(dá)到94.2%致密。
由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態(tài)電池還展示了極為優(yōu)異的性能:在12分鐘快速充電的條件下,該電池仍然成功的在室溫穩(wěn)定循環(huán)2000圈以上。
氧氯化鋯鋰的發(fā)現(xiàn),使固態(tài)電解質(zhì)在性能、成本兩方面同時實現(xiàn)了突破,對全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化具有重大意義。
7月4日,有記者獲悉,贛鋒新型鋰電池科技產(chǎn)業(yè)園項目一期工程的90%樓體已經(jīng)封頂,PACK(電池包裝)生產(chǎn)線將于本月投產(chǎn)。該項目固定投資超過50億元,將建成國內(nèi)最大的固態(tài)電池生產(chǎn)基地。項目于去年7月30日正式開工建設(shè),包括固態(tài)電池技術(shù)研究院、固態(tài)電池生產(chǎn)基地及電池PACK系統(tǒng)3個子項目。
項目整體投用后的年產(chǎn)值將超過200億元,同時新增就業(yè)4000人以上。該項目也是江西贛鋒鋰電科技股份有限公司布局的第一個固態(tài)電池重大項目。
何時產(chǎn)業(yè)化?
據(jù)了解,過去10年,液態(tài)鋰離子電池的能量密度已經(jīng)提升了2-3倍,目前已經(jīng)接近理論上限。和鋰離子電池使用液體或凝膠電解質(zhì)不同,固態(tài)電池使用的是固體電極和固體電解質(zhì)。固態(tài)電解質(zhì)除了具有不易燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發(fā)的特性,還可大大提升鋰電池的能量密度。
固態(tài)電池前景廣闊,市場研究公司SNE Research測算,2025年我國固態(tài)電池市場空間有望達(dá)30億元,2030年有望達(dá)到200億元。
中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高之前表示,現(xiàn)在全球已經(jīng)有無數(shù)相關(guān)行業(yè)人員投入了全固態(tài)電池的研發(fā),隨著電池技術(shù)的不斷完善與創(chuàng)新,新材料的探索效率不斷提高,有效縮短了研發(fā)周期,全固態(tài)電池正從概念走向現(xiàn)實。
國家也十分支持固態(tài)電池的發(fā)展,今年1月,工信部等六部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》明確指出,推進固態(tài)電池等的研發(fā)和應(yīng)用。
不過,固態(tài)電池距離產(chǎn)業(yè)化仍有一段很長的路要走。在6月舉辦的2023世界動力電池大會上,中國工程院外籍院士、加拿大皇家科學(xué)院院士、加拿大國家工程院院士孫學(xué)良表示,當(dāng)前全固態(tài)電池的正極、電解質(zhì)、負(fù)極的物理、化學(xué)、力學(xué)性質(zhì)還需改進,材料間兼容性、界面穩(wěn)定性仍需提升,電池整體的安全管理策略及工程化制備技術(shù)尚不成熟,這些都是需要攻克的難關(guān)。
從企業(yè)發(fā)展情況來看,發(fā)展固態(tài)電池需要考慮到整個產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的整體情況,目前技術(shù)難關(guān)尚未完全突破,企業(yè)也不會輕易地對固態(tài)電池進行量產(chǎn)并裝車。
那么,什么時候固態(tài)電池才能實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用?孫學(xué)良院士認(rèn)為,窗口期應(yīng)該是2025-2030年期間,2025年可能是小批量的,2030年可能會有更大規(guī)模的發(fā)展。
總之,固態(tài)電池的潛力巨大,是未來產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢,不過,在其發(fā)展過程中,面臨許多的不確定性,其在技術(shù)方面也要加強,想要占據(jù)主導(dǎo)地位,還需要各方的共同努力!
(責(zé)任編輯:子蕊)