固態電池技術新進展不斷 產業化進程提速？

時間:2023-07-05 17:50來源:電池聯盟 作者:子蕊
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近年來，具有能量密度高、安全性能好、循環壽命長等優勢的固態電池受到市場關注，被視為下一代動力電池。
 
電池聯盟注意到，近期，無論是國外還是國內，關于固態電池消息增多，新進展不斷，這是否意味著其距離產業化不遠了呢?
 
固態電池技術新進展不斷
 
國外方面，豐田公司周二表示，已經在固態電池技術上取得了重大突破，能夠將電池的重量、體積和成本減半，這可能為電動汽車的進步帶來巨大的推動力。
 
豐田公司宣布，該公司已經開發出了提高電池耐久性的方法，并相信現在可以制造出續航里程為1200公里的固態電池，充電時間為10分鐘或者更短。
 
豐田公司碳中和研發中心的總裁海田敬二表示：“無論是液態電池還是固態電池，我們的目標是徹底改變目前電池過大、過重、過貴的局面，在這方面的潛力上，我們將爭取將這些因素減半。”
 
伯明翰大學商業經濟學教授戴維・貝利認為，如果豐田公司的說法屬實，那么這可能是未來電動汽車的一個里程碑時刻。
 
就在上個月，豐田汽車還表示，正在開發一種大規模生產電動汽車固態電池的方法，目標是在2027年至2028年實現該技術的商業化。
 
日前，三星SDI社長透露，“今年，我們已經完成了全固態電池中試線的建設，準備在下半年生產樣品。” 他還指出，“我們正在為下一代電池產品的開發和量產做準備，包括完成直徑46毫米圓柱形電池的‘M線’。”三星SDI的目標是在2027年開始固態電池的商業化生產。
 
國內方面，據中國科學技術大學發布的消息，6月27日，該校馬騁教授報道了一種新型固態電解質，它的綜合性能和目前最先進的硫化物、氯化物固態電解質相近，但成本不到后者的4%，很適合產業化應用。該成果發表在國際著名學術期刊《Nature Communications》上。
 
報道指出，為了滿足實際應用的需求，全固態鋰電池的固態電解質至少需要同時具備三個條件：高離子電導率（室溫下超過1毫西門子每厘米），良好的可變形性（250-350兆帕下實現90%以上致密），以及足夠低廉的成本（低于50美元每公斤）。但是，目前被廣泛研究的氧化物、硫化物、氯化物固態電解質都無法同時滿足這些條件。而這些材料中唯一的例外氯化鋯鋰，離子電導率則遠低于1毫西門子每厘米。
 
此次研究中，馬騁教授設計并合成了一種新型固態電解質——氧氯化鋯鋰，這種材料具有很強的成本優勢。如果以水合氫氧化鋰、氯化鋰、氯化鋯進行合成，它的原材料成本僅為11.6美元每公斤。而如果以水合氧氯化鋯、氯化鋰、氯化鋯進行合成，氧氯化鋯鋰的成本可以進一步降低到約7美元每公斤，遠低于目前最具成本優勢的固態電解質氯化鋯鋰（10.78美元每公斤），并且不到硫化物和稀土基、銦基氯化物固態電解質的4%。
 
除了具備極強的成本優勢，氧氯化鋯鋰的綜合性能和目前最先進的硫化物、氯化物固態電解質相當。它的室溫離子電導率高達2.42毫西門子每厘米，超過了應用所需要的1毫西門子每厘米。與此同時，它良好的可變形性使材料在300兆帕壓力下能達到94.2%致密。
 
由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態電池還展示了極為優異的性能：在12分鐘快速充電的條件下，該電池仍然成功的在室溫穩定循環2000圈以上。
 
氧氯化鋯鋰的發現，使固態電解質在性能、成本兩方面同時實現了突破，對全固態鋰電池的產業化具有重大意義。
 
7月4日，有記者獲悉，贛鋒新型鋰電池科技產業園項目一期工程的90%樓體已經封頂，PACK（電池包裝）生產線將于本月投產。該項目固定投資超過50億元，將建成國內最大的固態電池生產基地。項目于去年7月30日正式開工建設，包括固態電池技術研究院、固態電池生產基地及電池PACK系統3個子項目。
 
項目整體投用后的年產值將超過200億元，同時新增就業4000人以上。該項目也是江西贛鋒鋰電科技股份有限公司布局的第一個固態電池重大項目。
 
何時產業化?
 
據了解，過去10年，液態鋰離子電池的能量密度已經提升了2-3倍，目前已經接近理論上限。和鋰離子電池使用液體或凝膠電解質不同，固態電池使用的是固體電極和固體電解質。固態電解質除了具有不易燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發的特性，還可大大提升鋰電池的能量密度。
 
固態電池前景廣闊，市場研究公司SNE Research測算，2025年我國固態電池市場空間有望達30億元，2030年有望達到200億元。
 
中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高之前表示，現在全球已經有無數相關行業人員投入了全固態電池的研發，隨著電池技術的不斷完善與創新，新材料的探索效率不斷提高，有效縮短了研發周期，全固態電池正從概念走向現實。
 
國家也十分支持固態電池的發展，今年1月，工信部等六部門聯合印發的《關于推動能源電子產業發展的指導意見》明確指出，推進固態電池等的研發和應用。
 
不過，固態電池距離產業化仍有一段很長的路要走。在6月舉辦的2023世界動力電池大會上，中國工程院外籍院士、加拿大皇家科學院院士、加拿大國家工程院院士孫學良表示，當前全固態電池的正極、電解質、負極的物理、化學、力學性質還需改進，材料間兼容性、界面穩定性仍需提升，電池整體的安全管理策略及工程化制備技術尚不成熟，這些都是需要攻克的難關。
 
從企業發展情況來看，發展固態電池需要考慮到整個產業鏈供應鏈的整體情況，目前技術難關尚未完全突破，企業也不會輕易地對固態電池進行量產并裝車。
 
那么，什么時候固態電池才能實現商業化應用？孫學良院士認為，窗口期應該是2025-2030年期間，2025年可能是小批量的，2030年可能會有更大規模的發展。
 
總之，固態電池的潛力巨大，是未來產業的發展趨勢，不過，在其發展過程中，面臨許多的不確定性，其在技術方面也要加強，想要占據主導地位，還需要各方的共同努力！
 
(責任編輯：子蕊)
文章標簽： 固態電池
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