盡管規(guī);厥褂萌孕枘托牡群,但沒有誰質(zhì)疑固態(tài)電池的應(yīng)用前景。
在里程焦慮和補貼門檻抬升的多重壓力下,主機廠一直在費盡心機地尋求電動車續(xù)航里程的提升。盡管理論上可以通過增加電池裝載量達到目的,但隨之而來的是動力系統(tǒng)成本和重量的增加,從經(jīng)濟性和安全性的角度考量,提高電池能量密度才是治本之法。
對此,中國工程院院士陳立泉此前曾明確表示:“能量密度要進一步提高,必須從現(xiàn)在開始考慮全固態(tài)鋰電池。”固態(tài)電池使用固態(tài)電極及電解質(zhì),其中的固態(tài)物質(zhì)能夠代替鋰離子電池中的液態(tài)電解質(zhì),從而促使產(chǎn)品能量密度提升、重量減輕、安全性改善并縮短充電時間。
毫無疑問,成熟的鋰離子電池在不短的時期內(nèi)仍將是動力、消費電子和中小規(guī)模儲能的好選擇。但受制于現(xiàn)有體系架構(gòu)和關(guān)鍵材料影響,鋰離子電池能量密度要實現(xiàn)300Wh/kg就具有極大的難度。
而按照國家《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》,到2025年,純電動車動力電池的能量密度目標為400Wh/kg,2030年目標為500Wh/kg。顯然,新能源汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展需要新的技術(shù)儲備,全固態(tài)鋰電池則有望成為下一代車用動力電池主導(dǎo)技術(shù)路線。
電動汽車制造商菲斯克在2017年底申請的固態(tài)電池專利,一定程度上為固態(tài)電池的性能優(yōu)越性提供了佐證。菲斯克透露旗下固態(tài)電池單次充滿電后,可支持電動車持續(xù)行駛804公里,充電時間僅為1分鐘。此外,受材料和制造層面影響,該固態(tài)電池的成本僅為常規(guī)鋰離子電池2020年預(yù)計成本的1/3,為電動車性能全面比肩燃油車提供了可能。
實際上,除了安全性、能量密度高之外,固態(tài)鋰電池還具有循環(huán)壽命長(薄膜型全固態(tài)金屬鋰電池可循環(huán)4.5萬次)、工作溫度范圍寬(高操作溫度有望≥300℃)、電化學(xué)窗口寬(有望達5V)、具備柔性優(yōu)勢(可制備成薄膜電池和柔性電池)、回收方便(理論上沒有廢液)等特性。
旭化成名譽技術(shù)總監(jiān)吉野彰也為其站臺,公開表示:“新一代的電池,接近實用性的是固態(tài)鋰電池。”
盡管預(yù)期性能優(yōu)越,且不少實驗室已可以小規(guī)模批量試制出能量密度300-400Wh/kg的全固態(tài)電池,但業(yè)內(nèi)人士普遍認為,固態(tài)電池走向產(chǎn)業(yè)化仍需要一定時間,真正實現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)預(yù)計在2020年以后,大規(guī)模應(yīng)用則需要更長的時間。
冷靜的應(yīng)用認知并沒有阻擋國內(nèi)外企業(yè)對固態(tài)電池的投入熱情,高工鋰電了解到,在國內(nèi),包括萬向、寧德時代、比亞迪、國軒高科、贛鋒鋰業(yè)、億緯鋰能、珈偉股份等企業(yè)都在積極儲備,而放眼海外,包括豐田、寶馬、現(xiàn)代、戴森、蘋果、博洛雷、松下、博世等公司已紛紛在固態(tài)電池領(lǐng)域進行了積極地布局。
“鐘情”固態(tài)電池的豐田此前曾明確對外“坦露心跡”稱,公司正全力研發(fā)全固態(tài)鋰離子電池,并已開發(fā)出能量密度400Wh/L的電池原型。豐田研究人員表示,該電池約在2020年實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用,2025年得到實質(zhì)性改善。
那么國內(nèi)企業(yè)的固態(tài)電池技術(shù)儲備與研發(fā)進展如何?能否繼續(xù)在國際鋰離子動力電池領(lǐng)域占據(jù)高地?高工鋰電特梳理萬向、寧德時代、比亞迪、國軒高科、贛鋒鋰業(yè)、珈偉股份、易成新能6家國內(nèi)企業(yè)的固態(tài)電池業(yè)務(wù)進展概況以作參考,具體如下:
01、萬向新一代固態(tài)電池將用于寶馬xEV系列
萬向是被不少業(yè)內(nèi)人士視為鋰電界隱藏大BOSS的存在,其在固態(tài)電池領(lǐng)域的儲備不容小覷。
2017年9月,萬向旗下的A123系統(tǒng)公司投資了Solid Power(美國固體動力公司),后者專注于開發(fā)/擴展具有競爭力的固態(tài)電池,已創(chuàng)造出容量比傳統(tǒng)鋰離子高2-3倍的固態(tài)電池。
2017年11月,萬向旗下電動車制造商菲斯科申請了一款固態(tài)電池專利,該產(chǎn)品可將電動車續(xù)航里程提高至800公里,充電時間壓縮到1分鐘。
2018年2月,萬向參投的Solid Power確認與寶馬合作,雙方將共同研發(fā)新一代電動車固態(tài)電池技術(shù),根據(jù)寶馬的表態(tài),新一代固態(tài)電池產(chǎn)品將在寶馬xEV系列車型上應(yīng)用。
隨后萬向再次擴大了在固態(tài)電池領(lǐng)域的布局,2018年2月底,萬向?qū)ν庑,旗下A123系統(tǒng)公司對美國離子材料公司進行了投資。離子材料公司系一家新材料科技公司,該公司研發(fā)出的特殊聚合物電解質(zhì),可將新型固態(tài)電池性能提高到全新水平。
02、寧德時代已制定并實施固態(tài)電池路線
切入固態(tài)電池領(lǐng)域的寧德時代,展示出了鋰電龍頭所具備的慎重和專業(yè)。
在正式切入固態(tài)電池之前,寧德時代對全球固態(tài)電池企業(yè)進行了調(diào)研,并在此之后確定了自身的發(fā)展方向。2016年10月,寧德時代新能源柳娜博士介紹了寧德時代在聚合物固態(tài)鋰金屬電池、硫化物固態(tài)電池領(lǐng)域的布局和研發(fā)路徑。
聚合物固態(tài)鋰金屬電池方面寧德時代主要開發(fā)了聚合物固態(tài)鋰金屬電池,基于對電池的導(dǎo)電、加工性能的改進,設(shè)計制作了容量為325毫安時的聚合物電芯,并表現(xiàn)出較好的高溫循環(huán)性能。
硫化物固態(tài)電池方面,通過對鈷酸鋰正極材料進行表面修飾,包覆改性后,改善了正極和固態(tài)電解質(zhì)的界面相容性,令正極材料的容量發(fā)揮顯著提高;開發(fā)出混合工藝,可在鈷酸鋰正極內(nèi)部形成穩(wěn)定均勻的電子與離子輸運網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)電池循環(huán)性能提升;提高硫化物在空氣中的穩(wěn)定性,為電池制造成本降低提供可能……
此外,針對材料體系的特點與規(guī)模化生產(chǎn)需求,寧德時代探索全固態(tài)電池制造工藝,提出以下工藝路線:正極材料與離子導(dǎo)體的均勻混合與涂覆;經(jīng)過一輪預(yù)熱壓,形成連續(xù)的離子導(dǎo)電通道;經(jīng)過二次涂覆LPS之后,再進行熱壓,全固態(tài)化之后可以去掉孔隙;再涂覆緩沖層后與金屬鋰復(fù)合疊加。柳娜博士表示,雖然該工藝與傳統(tǒng)的鋰離子電池工藝差異較大,但寧德時代有信心走出一條特色創(chuàng)新之路。
03、比亞迪確定固態(tài)電池為未來發(fā)展方向
比亞迪創(chuàng)始人王傳福以電池專家的姿態(tài),在2016年中期就確定了以固體電池為鋰電池未來方向的發(fā)展基調(diào)。
比亞迪2016年中期業(yè)績會議透露,公司認為固體電池將是鋰電池未來的方向,已經(jīng)在嘗試小規(guī)模使用,并確定將在未來10年,快5年內(nèi)提供該類型產(chǎn)品。
2017年8月,比亞迪申請了一種全固態(tài)鋰離子電池正極復(fù)合材料及一種全固態(tài)鋰離子電池的發(fā)明專利。
2018年1月,比亞迪董秘在互動平臺上表示,公司正在積極推進固態(tài)電池項目商用。