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半固態電池:新能源汽車理想動力選擇?

   日期:2021-05-10     瀏覽:7    
核心提示:“全固態電池量產和商業化還面臨著諸多待解難題,而半固態電池可以兼容現有液態電池工藝設備和材料,能以較低成本量產,這是滿足

“全固態電池量產和商業化還面臨著諸多待解難題,而半固態電池可以兼容現有液態電池工藝設備和材料,能以較低成本量產,這是滿足市場應用的基本條件?!苯赵谏綎|棗莊國家高新技術產業開發區召開的第二屆下一代電池技術與市場應用研討會上,衛藍新能源副總經理向晉指出,固液混合的半固態電池是當前市場的理想選擇。

業內人士進一步指出,未來全固態電池不一定能搭載到汽車上,半固態電池就能滿足高安全和高能量密度需求,或是車用動力電池領域的終極方案。

車企和資本競相追捧

經過十年的快速發展,液態鋰離子電池成本大幅降低,能量密度持續提高,已成為全球車用動力電池市場的主流產品。但同時,液態鋰離子電池起火爆炸事故頻發,市場對其安全性提出了更高要求。

“一個18650型號的鋰電池,其爆炸威力相當于一顆小型手榴彈,只是有鋼殼約束著?!睂幍氯f和投資集團投資部總監喻軍指出,鋰離子電池做不到本征安全,其電解液用得越多就越危險。鋰電池行業發展到今天,老百姓最擔心的還是安全問題,其次才是能效和成本。因此,用固態電解質替代電解液具有更高的能量密度和安全性,被認為是電池行業的發展方向。

今年以來,固態電池成為資本市場、電池企業和各大車企爭先追捧的對象。1月9日,蔚來汽車在Nio Day上發布了150kWh固態電池,宣稱其能量密度達360Wh/kg;3月15日,大眾汽車在其首屆電池日上表示,未來動力電池的目標是固態電池;隨后,蜂巢能源、贛鋒鋰業等企業也宣布跟進固態電池研發與生產。

準確的說,上述企業提及的固態電池是固液混合的半固態電池,電芯內仍存在5-15%的電解液。目前,業內將半固態和全固態電池一并統稱為固態電池,是相較于傳統液態電池而言。

據了解,全球已有40多家固態電池生產商,我國有臺灣輝能、江蘇清陶、北京衛藍、無錫海特等企業研發布局較早,前4家接近產業化,已建成至少中試規模實驗線,并有產品應用于無人機,開始商用。向晉認為,半固態電池有望在5年內實現規模量產,全固態電池預期在5-10年實現商業化應用。

全固態電池量產應用難度大

全固態電池應用并非易事,目前還存在很多技術難題尚未解決,如固態電解質和電極之間的界面阻抗大、電解質可塑性差、循環壽命仍待提高等?!安皇钦f實驗室做出一個綜合性很好的產品就能量產?!毕驎x坦言,固態電池量產受制于諸多因素,包括材料能否批量供應、成本控制能否達到客戶接受水平等。

不僅如此,經濟性決定了產品量產程度。中國電池產業研究院院長吳輝認為,液態鋰離子電池能效和經濟性已達最佳狀態,盡管仍存在能量密度與安全性等方面的問題,但在市場應用方面,液態電池無疑是最具經濟性的選擇。

天風證券研究所副所長楊誠笑也認為,鋰電池完全做到本征安全非常困難,要從市場化角度考慮其必要性,“固態電池最大優勢是安全,但同時,要考慮電池進入市場是商業行為?!?/p>

在浙江鋒鋰新能源總經理許曉雄看來,固液混合的半固態電池或是動力電池領域的終級路線。以走向產品為目標,從能量密度、倍率、循環、工作溫區、安全性、量產能力和成本七個維度對比半固態電池與傳統液態電池性能,雖然半固態電池每一項指標不能達到完美,但有均衡綜合優勢?!叭虘B電池低溫性能、成本、規模量產還難以突破,車載全固態電池不一定用得上?!彼M一步強調,不要妖魔化固態電池,它不是一個概念,而是同時解決動力電池高比能和高安全兩大問題的一個途徑而已。

半固態電池綜合優勢突出

隨著研發進程加快,固態電池能否顛覆現有材料體系也是業內關注的熱點。 

對此,深圳新宙邦科技董事長覃九三持否定意見:“對電池能量密度要求特別高的部分領域會有固態電池的發展空間,但即便固態電池推出來,早期也不會在某些方面形成優勢,不同方案有不同特長?,F在是動力電池技術百花齊放的時代,哪個技術率先突破都可能?!?/p>

相比之下,半固態電池可兼顧液態電池和全固態電池的性能優勢,可以最大程度兼容現有工藝、設備及材料,具備快速落地的可能。據了解,衛藍新能源已于去年實現半固態電池量產和批量銷售,之所以能快速推向市場,就是因為盡可能地借用現有液態電池裝備和工藝,其中僅有10%-20%的工藝設備要求不同,主要包括固態電解質膜引入、原位固化工藝、負極一體化工藝等。

許曉雄指出,固態電池不會顛覆鋰離子電池生產線,半固態電池在裝配上與現有液態電池生產線有超過80%的兼容性,剩下20%可以通過生產線改造完成,不需要大改就能實現規?;?、自動化和高效量產。

即使是全固態電池,對現有材料體系的影響也有限。吳輝認為,全固態電池會完全取代電解液和隔膜,但正負極活性材料還將保持原有材料體系,如開發高能量密度全固態或固液混合電芯的正極材料還是高鎳三元,負極材料仍是石墨或硅碳等,銅鉑、鋁鉑仍用于正負級,卷對卷工藝和電池組裝工藝也沒有太大變化。


 
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