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浅析固态电池的优与缺:商业化之路“道阻且长”
http://www.cnde-iitm.net 2017-08-11 17:02:23 百方网
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  近日,丰田终于和电动汽车一道上头条了。新闻稿中频频出现的“固态电池”到底是什么来头?不仅丰田,宝马也计划量产固态电池车,隔空“叫板”特斯拉,但是据业内人士表示固态电池的商业化之路“道阻且长”!吃瓜群众只想说:“扎心了!老铁!”

  据媒体报道称,丰田配备固态电池可大幅提升全新电动车的续航里程,并且缩短充电时间。这款新固态电池电动汽车预计将于2022年正式上市。丰田为何有如此的信心?

  通过专利数量比较可以看出,丰田拥有的固态电池专利数量遥遥领先,此外中国军团中,宁波大学、中科大、华为、中国电科十八所、中科院物理所占据了专利排行榜前十中的五个席位。可以看出,在锂电池盛行当道的背景下,我国对固态电池的研究仍在不断升温。

  那么,固态电池到底“何德何能”吸引众多企业与机构对其进行研究?

  相较于传统锂电池,固态锂电池的差异在于电解质固态化。全固态锂电池与传统锂电池一样,包括电池各单元(正极、负极、电解质),其工作原理与传统锂电池的原理相同。

  在早期日本媒体的报道中,提到固态电池的优点只有一条:充电快。丰田发言人说,丰田全新电动汽车配备的全固态电池,可在几分钟内完成充电过程,但是对具体的产品规划不予评论。

  据小编的整理,固态电池的优点如下:

  安全性极高。与传统锂电池相比,全固态电池最突出的优点是安全性。液态电解质易燃易爆,以及在充电过程中锂枝晶的生长容易刺破隔膜,引起电池短路,造成安全隐患。而固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题,也克服了锂枝晶现象,因而全固态电池具有极高安全性。

  能量密度高。固态电池电解质能阻隔锂枝晶生长,材料应用体系范围大幅提升,为具有更高能量密度空间的新型锂电池技术奠定基础。目前,固态电池研发可提供的能量密度基本可达300-400Wh/kg。

  循环性能强。固态电解质解决了液态电解质在充放电过程中形成的固体电解质界面膜的问题和锂枝晶现象,大大提升了锂电池的循环性和使用寿命,理想情况下循环性能表现优异,能够达到45000次左右。

  适用范围扩大。固态电解质赋予固态锂电池结构紧凑、规模可调、设计弹性大等特点,即可应用于驱动微型电子器件,也可用于动力和储能领域。此外,固态电池也拥有更宽的温度工作范围,目前基本保证-25℃—60℃的温度范围。

  说完优点,再说缺点。

  快充比较难。固态电池有倍率性能很低的LiPON系列电池(实际上氧化物体系的电解质普遍倍率性能不佳),也可以基于硫系高性能电解质做出高倍率还不错的固态锂硫电池。但是总体来说,作为动力电源使用,固态电池在高倍率性能方面还是有很多挑战的。

  成本价格高。据了解,液态锂电池的成本大约在200-300美元/千瓦时,如果使用现有技术制造足以为智能手机供电的固态电池,其成本会达到1.5万美元,而足以为汽车供电的固态电池成本更是达到令人咋舌的9000万美元。

  面对固态电池的诸多不确定因素,依然阻挡不住研究机构与企业的研究布局。

  早在2015年,英国富豪詹姆斯·戴森和德国汽车零部件巨头博世分别收购了固态电池公司SaKti3和固态电池创业公司Seeo。据了解,2016年8月戴森出资14亿美元,兴建一座电池工厂,用于大量生产固态电池。博世也不甘落后,在收购Seeo后又与GSYUASA电池公司和三菱重工共同建立了新工厂,主攻固态阳极锂离子电池。

  此外有海外媒体报道称,宝马近日正在研发一款锂离子电池,这款电池将用固态电解质代替现有的电解液,新电池计划2026年量产。

  不仅仅国外企业布局,国内锂电企业也在争抢“蛋糕”。

  CATL在硫化物固态电池方面比较成熟,目前正加速开发EV用的硫化物全固态锂金属电池研发的步伐。

  据媒体报道,环宇赛尔新能源、河南锂动电源等企业也纷纷布局固态电池。

  随着科研机构的深入研究与企业的不断布局,市场对固态电池的期待越来越大,然而距离固态电池商业化还有较长一段距离。

  丰田曾经表示,希望能在2020年其新能源车上应用固态电池技术。从理论提出的时间以及该技术发展进程来看,固态电池并不是一个新的概念,但研发进展并没有想象的那么快速。正如液态锂电池,在上世纪70年代,相关的理念和实验认证就在齐头并进,但真正大规模的使用,已经是20世纪末了。

  不仅仅是时间问题,成本高一直都是固态电池发展的“拦路虎”。目前,固态电池面临着以下技术难题:固态电解质与正负极之间界面阻抗过高、固态电解质电导率偏低、材料成本制备成本昂贵等。据企业和研究机构表示,多项技术正逐步推进,相继提出相应的解决方案,但是固态电池的前进之路并不是那么顺畅。

  一句话,固态电池的发展还处于早期阶段,目前所有的数据和特性都是实验室的,距离商业化还有很长的一段路要走,“道阻且长”!

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