今年以來,幾則消息讓熱鬧的全球鋰電池行業(yè)猶如“打了雞血般興奮”。一則是,日本企業(yè)巨頭日立公司研究人員宣布其固態(tài)電池技術已經(jīng)研發(fā)完成,新一代電池可以抵御外太空極端溫度,并且已經(jīng)將這種電池送到了航天部門和企業(yè)進行使用實踐,聲稱要在三年后的2020年量產(chǎn)上市。另一則是,豐田正在研發(fā)由全固態(tài)電池提供動力的電動車。該動力電池將大大提升電動車的續(xù)航里程,并縮短充電時間。根據(jù)豐田的計劃,這款電動車將于2022年上市銷售。另外,中國電池聯(lián)盟(微信號:zgcbcu)在不久前進行鋰電池回收產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研時,有企業(yè)介紹說已經(jīng)研發(fā)成熟了固態(tài)電池,并且做了小批量量產(chǎn),未來不久就會上市。
有專家分析認為:固態(tài)電池已經(jīng)舉起了“革命大旗”,未來鋰電池整個產(chǎn)業(yè)鏈將會發(fā)生顛覆性變化。
巨頭紛紛布局
日本企業(yè)瘋狂的在“固態(tài)電池”領域砸錢,并且已經(jīng)取得長足發(fā)展。
豐田就計劃于2020年用固態(tài)電池取代鋰電池,其能量密度是鋰電池的三到四倍。豐田負責材料工程的高管ShigekiSuzuki表示,豐田將于2020年全面實現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化,并在未來幾年內(nèi)使用鋰空氣電池。但他并未提供任何該計劃的細節(jié)信息。
2016年11月24日,三井金屬發(fā)布了下一代的鋰離子二次電池的“全固態(tài)電池”用的硫化物固態(tài)電解質(zhì)。2012年三井金屬全固態(tài)電池已經(jīng)取得一定的成績,因為車企需求,雪藏五年,終于從幕后進入臺前。今后,三井金屬將會與電池廠商和汽車廠商等合作,到2020年將實現(xiàn)量產(chǎn)化。
事實上,世界各地的研究人員都走在將固態(tài)電池商業(yè)化的路上。全固態(tài)鋰電池具有極高的安全性,其固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液,同時也克服了鋰枝晶現(xiàn)象,搭載全固態(tài)鋰電池的汽車的自燃概率會大大降低。
全固態(tài)鋰電池當前能量密度約400Wh/Kg,預估最大潛力值達900Wh/Kg。但是固態(tài)電解質(zhì)具有高的電阻,在功率密度方面還存在一些待解決的問題,需要從固態(tài)電解質(zhì)、正負極材料上著手,一旦這些問題能夠有效解決,必將在未來掀起一場新的電池革命。
而在固態(tài)電池的研究上,日立走在了前頭。日立佐森總裁TakashiTanisho透露,目前已經(jīng)將固態(tài)電池的樣品送到了航空航天和汽車行業(yè)的潛在客戶。此外,日立正在與一個未公開的日本電池制造商合作,完善一些細節(jié)上的問題,并在2020年之前將固態(tài)電池投放市場,而且可能不會在日立的品牌下出售。事實上,日立在前沿科技上一直保持著領先地位,日立已經(jīng)開發(fā)出了一款續(xù)航約400公里的純電動汽車(EV)用鋰離子電池技術。
很多業(yè)內(nèi)人士認為,日本由于發(fā)展路線原因,純電動汽車技術已經(jīng)落在了后頭。但事實上,作為最先實現(xiàn)鋰電池產(chǎn)業(yè)化的日本企業(yè),即便鋰電業(yè)務全球占比逐漸減少,但在高端市場依舊沒有競爭對手。從豐田2022年量產(chǎn)固態(tài)電池、GSYuasa2020年續(xù)航翻倍上就可以看出來。未來的新能源市場,日本依舊是巨頭。
早在2015年,汽車配件制造商博世集團成功收購了位于加州海沃德市的Seeo電池公司。據(jù)悉,該公司已經(jīng)研發(fā)出能夠提升電動汽車2倍續(xù)航能力的新一代固態(tài)鋰電子電池。
Seeo公司有能力將電池的能量密度從50%提升至100%,這樣一來就能大大提升電池的續(xù)航能力。Seeo公司目前已經(jīng)研發(fā)出能量密度達到350Wh/KG的電池,這大約是目前已使用的電動汽車中的電池的兩倍密度。Seeo公司的DryLyte“固態(tài)”聚合物電解質(zhì)不易揮發(fā),也不易燃,這就意味著這種電解質(zhì)能夠在更高的溫度下使用。
國內(nèi)企業(yè)蓄勢待發(fā)
今年8月9日,一則消息讓業(yè)界大吃一驚:華氣電池(浙江)10億安時聚合物固態(tài)動力鋰電池項目在麗水生態(tài)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)松陽分區(qū)開工建設。華氣電池動力鋰電池項目總用地面積657.88畝,將在松陽新建總投資12億元以上的10億Ah(安時)動力鋰電池、2億Ah(安時)超級電容生產(chǎn)線和電動車電控系統(tǒng)、電機生產(chǎn)設備。
其實,早在2016年12月17日,寧德時代就已經(jīng)透露出其布局“固態(tài)電池”的決心。研發(fā)經(jīng)理郭永勝在“第七屆全球新能源汽車大會(GNEV7)”上介紹了公司固態(tài)鋰金屬電池的研發(fā)進程,他表示,寧德時代在做固態(tài)電池之前對全球做固態(tài)電池的企業(yè)做了調(diào)研,目前該項目還處于早期階段。寧德時代在研發(fā)過程中,也在關注固態(tài)電池的制造問題,固態(tài)電池整個制造工藝跟傳統(tǒng)的鋰離子的制造工藝不同,需要新的設備,新的工藝,所以寧德時代也同時進行工藝的研發(fā)。
中國電池聯(lián)盟(微信號:zgcbcu)在不久前進行的一次調(diào)研中了解到,國內(nèi)多家電池企業(yè)已經(jīng)開始或者即將量產(chǎn)“固態(tài)電池”。
針對固態(tài)電池的技術發(fā)展和未來市場,真理研究首席分析師墨柯認為,從整體來看,固態(tài)電池現(xiàn)在的制備技術成熟度還有待加強,能形成規(guī)模產(chǎn)能的企業(yè)有限,技術規(guī)?;瘮U產(chǎn)需要克服的困難還有很多,仍處于推廣發(fā)展期。但可以預期的是,隨著研發(fā)和工業(yè)技術的不斷發(fā)展,全固態(tài)電池中的科學和工藝上的問題會逐漸得到緩解,在未來幾年,固態(tài)電池產(chǎn)品的市場會迎來蓬勃發(fā)展的機遇。
固態(tài)電池將會顛覆市場?
賽迪顧問投資部總經(jīng)理吳輝認為,當今占據(jù)技術主流的是鋰離子電池,但是從長期來看,固態(tài)電池或許更能滿足人們對高能量和高安全性的現(xiàn)實需求,將會給當下的鋰電池市場帶來一場革命。
工作原理上,固態(tài)鋰電池和傳統(tǒng)的鋰電池并無區(qū)別。傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池被稱為“搖椅式電池”,搖椅的兩端為電池的正負兩極,中間為液態(tài)電解質(zhì)。鋰離子像一個運動員,在搖椅兩端來回奔跑,鋰離子從正極到負極再到正極的運動過程中,電池的充放電過程就完成了。而固態(tài)電池只不過其電解質(zhì)為固態(tài),具有的密度以及結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端,傳導更大的電流,進而提升電池容量。
固態(tài)電池有很多優(yōu)勢,發(fā)展前景值得期待。其中,兩個最明顯的優(yōu)勢就是能量密度更高,運行更安全。使用了全固態(tài)電解質(zhì)后,鋰離子電池可以不必使用嵌鋰的石墨負極,而是直接使用金屬鋰來做負極,這樣可以大大減輕負極材料的用量,使得整個電池的能量密度有明顯提高。現(xiàn)在許多實驗室中,都已經(jīng)可以小規(guī)模批量試制出能量密度為300-400Wh/kg的全固態(tài)電池。固態(tài)電池在大電流下工作不會因出現(xiàn)鋰枝晶而刺破隔膜導致短路,不會在高溫下發(fā)生副反應,不會因產(chǎn)生氣體而發(fā)生燃燒,因此,安全性被認為是固態(tài)電池發(fā)展的最根本驅(qū)動力之一。
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