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  • 業界固態電池正加速發展,豐田、寧德時代等企業紛紛布局
    2022-03-18 來源:《電氣技術》  |  點擊率:
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    導語固態電池,即采用固態電解質的鋰離子電池,被稱為未來鋰電池的發展方向。

    3月14日,韓國電池制造商三星SDI宣布其全固態電池試驗線破土動工,并計劃向該試產線引進純電池電極板、固體電解質加工設備和電池組裝設備。據稱,這是業界第一條全固態電池試點生產線。據悉,三星SDI正在開發一種以硫化物為基礎電解質的固態電池,目前已獲得相關專利并進入技術驗證階段。

    同一天,浦項集團也宣布在韓國慶尚南道梁山市建設一座新的固態電池生產廠。浦項制鐵在一份聲明中表示,從2022年下半年開始,新工廠將每年生產24噸固體電解質,因為固態電池市場預計將從2030年開始成熟。

    固態電池,即采用固態電解質的鋰離子電池,被稱為未來鋰電池的發展方向。固態電池擁有不可取代的優勢,其一是固態電解質具有不易燃、無腐蝕、無揮發等特性,因此無論在性能還是安全性方面都優于液態電池;其二是能量密度更高,理論上固態電池的能量密度可以達到400~500Wh/kg,進而提升電動車輛的續航力;其三是用固態電解質取代正負極之間的隔膜電解液,使得電池更薄、體積更小,因此全固態電池技術也是電池小型化、薄膜化的必經之路。

    據了解,根據電解質的種類,鋰離子電池可以分為液態鋰電池、固液混合鋰電池和全固態鋰電池三類。但值得注意的是,“固態電池” 和 “全固態電池” 是兩個不同的概念。它們最主要的區別是電池內部液體電解質與固體電解質的比例不同。比如固液混合鋰電池內含有一定量的液體電解質,而全固態鋰電池內沒有液體電解質,全部都是固態電解質。

    根據電解質的不同,目前固態電池主要有三大技術路線:聚合物、硫化物和氧化物。其中,聚合物電解質屬于有機電解質,而后兩者屬于無機電解質。整體來看,日韓企業多采用硫化物固態電解質技術路線,中國企業以氧化物路線為主,歐美企業則在三種路線的選擇上更為均衡,如寶馬和福特投資的Solid Power主要研發基于硫化物的全固態電池,大眾投資的QuantumScape固態電池走的是氧化物路線。

    現階段,固態電池在技術指標上領先于三元鋰電池。同時,固態電池技術被認為將大幅縮減電動汽車的成本。有研究機構認為,量產固態電池的成本僅為目前鋰離子電池的40%。電池是電動車最大的成本所在,固態電池也因此成為下一代車用動力電池的重點研究方向,各大巨頭企業更是紛紛爭相進行布局。

    國外市場方面,現代、豐田、本田、寶馬、LG新能源、SK Innovation等都在進行固態電池技術的研發,并給出了具體的時間規劃。例如,現代計劃在2025年試生產配備固態電池的電動車,2027年部分批量生產,在2030年左右實現全面批量生產;豐田計劃在2025年與松下合作推出一款使用固態電池的限量發售的電動汽車;寶馬計劃在2022年采購測試用電池,2025年前推出搭載固態電池的原型車,并在2025年之前開始對配備全固態電池的車輛進行路測,在2030年前實現量產;LG新能源預計于2026年實現全固態電池量產;SK Innovation計劃于2025年前在固態電池中使用鎳鈷錳陰極和硅或石墨陽極;2022年3月,全球電池交換生態系統的技術領導者Gogoro宣布與輝能科技攜手合作,共同研發打造全球第一顆電池交換式電動機車固態電池原型。

    國內企業也不甘落后,正在迎頭趕上。2021年1月,蔚來發布了150kW·h固態電池包,可實現360Wh/kg的能量密度,并定于2022年第四季度對外交付;2021年5月,寧德時代表示已經可以做出固態電池樣品,并曾在1月公開了兩份關于固態電池的專利,分別為“一種固態電解質的制備方法”以及“一種硫化物固態電解質片及其制備方法”,同時聲稱固態電池產業化進程在逐漸加快。

    據統計,在國內企業固態電池專利數量方面,比亞迪居首;據悉,國軒高科已開發出能量密度大于360Wh/kg的固態電池產品,已獲車企認可和項目定點;北汽藍谷表示目前完成了第二代固態電芯的開發,電池系統臺架測試驗證及整車搭載驗證;2021年2月,奇瑞汽車與安瓦新能源能量密度300~340WH/KG的半固態動力電池產業化項目簽約落地;2022年1月,孚能科技聲稱公司第一代半固態電池(能量密度330Wh/kg)送樣給整車廠獲得了良好反饋。

    2022年1月,據贛鋒鋰電官方披露,首批搭載贛鋒固態電池的50輛東風E70電動車正式交付完成。據悉,目前贛鋒鋰業第一代混合固液電解質電池產品能量密度可達235~280Wh/kg;第二代固態鋰電池基于高鎳三元正極、含金屬鋰負極材料,產品能量密度已超過359Wh/kg,循環壽命接近400次。

    輝能科技成功開發了全球第一款固態鋰陶瓷電池,且在2013年就已實現了固態鋰電池的商業化量產,目前已擁有近500項固態電池專利。2020年7月,輝能科技宣布投資380億的大陸區總部及全球產業基地項目落地杭州,建設內容包括2GW·h、5GW·h固態鋰陶瓷電池芯產業化項目,并計劃到2026年實現50GW·h的產能。

    2022年2月,清陶能源總投資50億的固態鋰電池產業化項目在昆山破土動工,產能規劃10GW·h。據悉,清陶能源在2018年就建成了國內首條固態鋰電池生產線。目前,該公司開發的固態電池續航里程可達1000公里,同時支持快充模式,充電15分鐘可實現600公里的續航里程。此外,長城汽車旗下的蜂巢能源正聯手中科院建設固態電池技術研究中心,計劃2025年在量產車上應用能量密度達350~500Wh/kg的固態電池。

    與此同時,資本方也看好固態電池,紛紛對相關企業進行投資。近日,欣旺達等機構對全固態鋰電池公司高能時代進行了5000萬人民幣融資,主要用于加速高能時代在全固態電池的產品布局、技術研發、人才引進等。此外,碧桂園創投獨家投資了固態鋰離子電池創業企業重慶太藍新能源有限公司A+輪融資。目前,太藍新能源正在重慶兩江新區建設200MW·h新一代高比能固態鋰電池自動化生產線,預計將于2022年9月正式建成投產。

    據國海證券預計,2021~2030年全球固態電池出貨量將高速增長,至2030年或將突破250GW·h,市場空間有望達到1500億元以上。不過,距離固態電池真正量產還有很長一段時間。業界普遍認為,全固態電池至少需要5~10年才有望實現規模量產,期間尤其需要要解決的是固態電解質材料的鋰離子電導率偏低、鋰枝晶折斷導致“死鋰”情況、固-固界面接觸性和穩定性差等問題。

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