電動汽車實現(xiàn)技術(shù)突破，我國率先量產(chǎn)固態(tài)鋰電池，長臉了
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-27 10:25
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大家也都清楚，國內(nèi)這幾年以來，一直大力發(fā)展新能源車型。而目前全世界當(dāng)中，也都面臨著相同的難題，那就是電池的續(xù)航了。這也是卡住了大家的要害，畢竟它的作用就相當(dāng)于燃油車的發(fā)動機(jī)。雖然經(jīng)過幾年的發(fā)展，國內(nèi)的比亞迪和寧德時代表現(xiàn)非常出色，但是和松下電池相比，技術(shù)上也是存在極大的差距。電動汽車實現(xiàn)技術(shù)突破，我國率先量產(chǎn)固態(tài)鋰電池，長臉了。
根據(jù)目前的數(shù)據(jù)顯示，我國已經(jīng)成為了最大的新能源汽車市場，如果不能夠在電池技術(shù)方面實現(xiàn)突破的話，那也是非常危險的事情。而且照著這樣的發(fā)展趨勢，到兩年后，國內(nèi)的新能源汽車將會突破200萬的銷量。如果沒有對核心技術(shù)及時掌握，那么我們就會在燃油車領(lǐng)域當(dāng)中一樣，顯得非常被動。
在目前的市場當(dāng)中，汽車電池的成本，大約占到了總成本的30%左右，可以說是非常重要了。就算是特斯拉這樣的知名車企，同樣也是面臨著這樣的困境。而且由于主流的磷酸鐵鋰電池儲能差，而三元鋰電池存在自燃的風(fēng)險，使得固態(tài)鋰電池成為了新的希望。
在目前眾多的研究者當(dāng)中，來自中國的清華大學(xué)南策文院士，就在固態(tài)鋰電池方面取得重大的技術(shù)突破。已經(jīng)正式投產(chǎn)了400KWH的固態(tài)鋰電池，而且爭取在2020年滿足車企的使用需求。只不過目前只能是特種電源和高端數(shù)碼產(chǎn)品當(dāng)中。
其實很多人對于固態(tài)鋰電池不是特別的了解，它是一種通過改變電池結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)儲能密度提升的一種技術(shù)。而且相比起三元鋰電池來說，它的安全性也是非常的大?？梢哉f，一旦它的產(chǎn)品成功的話，將會徹底解決了電池目前續(xù)航里程短和安全性方面的問題，可以說是非常具有發(fā)展前景了。
通常來說，鋰離子電池由正極、負(fù)極、隔膜、電解液等部分組成，無論是最初的鎳氫電池、錳酸鋰電池、后來的磷酸鐵鋰電池，還是如今已廣為人知的三元鋰電池（鎳鈷錳和鎳鈷鋁），說的其實都是電池的正極材料，對電芯能力密度影響最大的就是它。
眾所周知，磷酸鐵鋰電池在能量密度方面的提升空間已非常有限，不提升能量密度，就無法提升電動車的續(xù)航里程。于是，動力電池的生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)開始由磷酸鐵鋰電池全面倒向三元鋰電池的優(yōu)化升級，但從長遠(yuǎn)來看，這些方式都很難讓三元鋰電池的能量密度突破300Wh/kg。那么，這個行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)同的研發(fā)瓶頸出現(xiàn)后，應(yīng)該如何捅破天花板完成未來目標(biāo)呢？（2020年350Wh/kg，2025年400Wh/kg，2030年500Wh/kg），下面就輪到固態(tài)電池登場了！
使用固態(tài)電解質(zhì)的鋰電池可以擺脫石墨材料的束縛，轉(zhuǎn)而去采用金屬鋰作為負(fù)極，使得整個電池系統(tǒng)的能力密度大大提升。從現(xiàn)在的試驗數(shù)據(jù)看，300-400Wh/kg能量密度的全固態(tài)電池已經(jīng)不在話下，有人預(yù)測未來達(dá)到900Wh/kg也不是沒有可能。更重要的是，固態(tài)電池可以在更高溫（可長期在60-120°C溫度下）、更大電流、更高電壓下工作，較液態(tài)電解質(zhì)鋰電池應(yīng)用范圍更加廣泛。
正因如此，盡管目前全固態(tài)電解質(zhì)的成本非常昂貴，但全球各大相關(guān)企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)都紛紛將固態(tài)電池技術(shù)作為重要研發(fā)方向。
而就在上周末舉行的“2018中國電動汽車百人會論壇”上，新興固態(tài)電池的開發(fā)同樣成為關(guān)注的焦點。
就連工信部部長苗圩也在致辭中強(qiáng)調(diào)，在我國新能源汽車發(fā)展的下一步工作中，要“重點攻克下一代鋰電池和固態(tài)電池等新體系電池的關(guān)鍵核心技術(shù)”。他強(qiáng)調(diào)，“我們2020年單體電池要做到350瓦時每公斤，模組要做到260，這個還是蠻有挑戰(zhàn)的。（我們要）提升正向設(shè)計開發(fā)的能力，不斷提高整車的輕量化和智能化水平，努力使整車性能達(dá)到甚至超過燃油汽車。”
其實，正如中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長、中國科學(xué)院院士歐陽明高評價的那樣，“2017年是固態(tài)電池最火熱的一年”。
據(jù)歐陽明高介紹，“日本在無機(jī)硫化物固態(tài)電解質(zhì)方面取得重要突破，豐田公司出臺固態(tài)電池量產(chǎn)計劃，在2022年實現(xiàn)商品化。”
2017年10月，豐田汽車公司副社長迪迪爾·勒羅伊宣稱要在2025年前推出新一代電池“固態(tài)電池”，其能大幅增加電動車?yán)m(xù)航里程。他表示，豐田公司正投入200多人進(jìn)行開發(fā)，并強(qiáng)調(diào)豐田在固態(tài)電池方面的專利為世界第一。去年底，寶馬宣布與電池技術(shù)公司SolidPower建立新的合作關(guān)系，目的正是進(jìn)行固態(tài)電池的研發(fā)，以用于商業(yè)化電動汽車的搭載。
而日立公司也宣布其固態(tài)電池技術(shù)已經(jīng)研發(fā)完成。“公司現(xiàn)在就可以提供與當(dāng)前鋰離子電池相同性能的固態(tài)電池，能更好的處理溫度變化，擁有更長的循環(huán)壽命。”日立佐森總裁Takashi Tanisho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。”
與此同時，我國國家電池創(chuàng)新中心和中科院物理所在減緩富鋰錳基固溶體材料衰減、北京大學(xué)項目團(tuán)隊在開發(fā)新結(jié)構(gòu)的富鋰正極材料等項目上也取得了不同程度的進(jìn)展，歐陽明高表示：“大家知道三元811正極比容量只有210毫安時/克，現(xiàn)在新結(jié)構(gòu)富鋰正極材料已經(jīng)做到400毫安時/克，這為實現(xiàn)鋰離子電池500瓦時/公斤的目標(biāo)提供了可能性。”
值得一提的是，目前國內(nèi)三元材料電池出貨的“領(lǐng)頭羊”——寧德時代同樣在固態(tài)電池領(lǐng)域研究頗多，并且已申請到了包括固態(tài)電解質(zhì)膜片及鋰離子電池、鋰離子電池的固態(tài)電解質(zhì)材料等多項專利。
而剛剛在CES 2018上引發(fā)轟動之后，萬向也在“百人會論壇”上發(fā)聲——萬向A123系統(tǒng)有限公司工程副總裁陳旸透露，“我們可能沒有采用很激進(jìn)的做法，我們是從熟悉的三元+石墨這個體系開始去研究固態(tài)電解質(zhì)的集成與生產(chǎn)與產(chǎn)業(yè)化的問題，第一步最簡單，我們逐步引入硅碳負(fù)極、鋰金屬負(fù)極以及先進(jìn)的正極材料，逐步走向全固態(tài)的過程。”他透露，“目前萬向A123正在全球與多個合作伙伴共同從事這個項目的研究，而且我們把制造性、產(chǎn)業(yè)化作為研究的重點。”
而北大先行科技產(chǎn)業(yè)有限公司總裁、CEO高原認(rèn)為，固態(tài)電池“風(fēng)險高”但是“回報也高”，“現(xiàn)在我們聽的很多的就是全固態(tài)電池，全固態(tài)電池它當(dāng)然好處可以用鋰金屬，用了鋰金屬負(fù)極的能量密度就大大提高了，當(dāng)然好處就是固態(tài)電解液室溫下的電導(dǎo)率，還有大家不談的一個事情，即便我們用鋰金屬做負(fù)極，雖然算起來能量密度很高，比如你算出來需要一公斤的鋰金屬，可能要往里面放三四倍所需要的鋰金屬，因為每一次鋰金屬循環(huán)回來的時候他都會形成一個新的表面，新的表面會消耗一部分鋰。”
當(dāng)然，也有專家提醒大家注意固態(tài)電池的“虛火”。中國工程院院士楊裕生就直言不諱，“最近大家可能很關(guān)注固態(tài)電池，實際上正確講應(yīng)該是全固態(tài)電池，但是現(xiàn)在把固態(tài)電池里面放一點少量的有機(jī)電解液，也叫做固態(tài)電池，實際上這個是有點不倫不類。真正的全固態(tài)電池安全性是高的，這個可能是10年以后的事情，把希望寄托在10年以后的電池，來發(fā)展當(dāng)前的電動汽車，這是虛無縹渺。”
而歐陽明高此前同樣強(qiáng)調(diào)：“全固態(tài)鋰電池，這個詞每一個字都不能少、不能變，比方說‘全固態(tài)’跟‘固態(tài)’是不一樣的，‘鋰電池’和‘鋰離子電池’不是一個概念。所謂‘全固態(tài)鋰電池’是一種在工作溫度區(qū)間內(nèi)所使用的電極和電解質(zhì)材料均呈固態(tài)，不含任何液態(tài)成分的鋰電池，所以我們?nèi)Q是‘全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池’。”
而目前有所突破、有性能優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)化前景的，主要是固態(tài)鋰離子電池。歐陽明高解釋說，“固態(tài)鋰離子電池，其電解質(zhì)是固態(tài)，但在電芯中有少量的液態(tài)電解質(zhì)；所謂半固態(tài)，就是固態(tài)電解質(zhì)、液態(tài)電解質(zhì)各占一半，或者說電芯的一半是固態(tài)的、一半是液態(tài)的，所以還有準(zhǔn)固態(tài)的，就是主要為固態(tài)、少量是液態(tài)。”
此前提到的，“豐田做的不是全固態(tài)鋰金屬電池，做的是固態(tài)鋰離子電池，它的負(fù)極是石墨類，硫化物電解質(zhì)，高電壓正極，單體電池容量15安時，電壓是十幾V的那種，2022年實現(xiàn)商品化，這個是靠譜的……所以在日本，并沒有顛覆，還是鋰離子電池，正負(fù)極還可以用以前的。韓國，也是石墨類負(fù)極，并不是金屬鋰負(fù)極，跟日本差不多。”歐陽明高表示，“中、日、韓的情況是類似的，因為我們已經(jīng)有了很大的鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)鏈，不希望推倒重來。”
