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除此之外,固态电池体积更小、更轻薄,而且可以根据实际需求调整电池的形状。因此纯电动汽车的电池布局可以更灵活,也不会过分侵占车内空间;同时也不必像三元锂电池那样涉及复杂的热管理系统,可以大幅节约成本;重量大幅减少(相同容量下约为三元电池组重量的1/3),车身轻量化的目标可以更容易实现。
都有谁在布局固态电池?
早在2012年,苹果公司就将固态电池纳入了自己的专利体系,时至今日已有不少研究机构和企业在固态电池领域展开布局。此前宝马方面称,公司正在研发将固态电解质代替现有的电解液,更轻、更安全、密度更高的固态电池,计划于2026年量产。现如今,丰田有望将固态电池的量产时间提前四年。
外媒7月25日报道,丰田公司正致力于新型电动汽车动力电池的研发,将大幅增加续航里程,并实现快速充电。据悉,该款搭载固态电池的电动车基于全新生产平台打造,最快将于2022年上市。丰田为什么会选择固态电池呢?很大原因是丰田早在2010年就已经开始推出固态电池,2014年其实验室能量密度已达400Wh/kg。
宝马宣布2026年量产固态电池
丰田发言人表示,“目前为止,在所有新形态的电池中,固态电池被认为是最接近量产级别的。我们正在进行相关技术的研发,包括固态电池的量产工艺,希望能在2020年将其实现商业化。”不过,丰田能否率先实现固态电池的量产,并凭借这一技术完成对日产和特斯拉的弯道超车,目前还不能确定。
有证券分析师认为:“固态电池从实验室研究成果到实现量产还有很长的路要走,从现在起到2022年,还存在许多变数,丰田的固态电池汽车能不能按时出来还是未知数。”然而这并没有影响到大家对于发展固态电池的信心和决心。截至目前,国内已有不少研究机构和企业将目光瞄准固态电池领域。
据了解,目前国内从事固态电池研究的机构和企业就有中科院化学所、中科院青岛能源所、中科院宁波材料所、宁德时代新能源、上海空间电源研究所、中航锂电、珈伟股份、横店东磁、台湾辉能等,并在某种程度上取得了不小的突破,甚至已经完成实验室验证并有小部分企业实现了小规模产业化。
譬如中科院青岛能源所就表示,其开发的大容量固态聚合物锂电池“青能I号”已完成深海科考,其能量密度超过250Wh/kg,500次循环容量保持80%以上,在多次针刺和挤压等苛刻测试条件下保持着非常好的安全性能;如今“青能II号”也已经研发成功,能量密度高达300Wh/kg,尚未投入推广及应用。
珈伟股份固态电池发布会现场
电池企业方面,CATL称在固态锂电池(锂硫电池、聚合物电芯)均取得突破,其主要研发方向是硫化物电解质,采用正极包覆方法,解决了界面反应问题,热压方式降低了界面电阻。CATL设计制造的容量为325mAh的聚合物电芯,高温循环性能表现良好。CATL已完成固态电池的技术布局,只不过同样未投入推广。
此前,德克萨斯州大学奥斯汀分校工程学院94岁教授JohnGoodenough,带领工程师团队已开发出首个固态锂电池,这种电池具有低成本、全固态、非易燃、长寿命、高体积能量密度、快速充放电等优点。Goodenough表示,“我们相信,我们的这项发明解决了现今的电池中的许多固有的问题”。
固态电池离我们有多远?
上海空间电源研究所汤卫平博士表示,虽然目前有不少企业宣称自己已经做出了全固态电池,但大多不是真正意义上的全固态电池,“噱头”的嫌疑很大,成熟的固态电池产品推出至少需要5-10年的时间。“未来5年内,固态电池仍然难以形成产业化,锂离子电池依然会是主流路线。”事实上,距离丰田固态电池电动车推出刚好还有五年时间。
尽管诸多光环缠身,固态电池其实并非完美,其最大的缺点就是采用固态电解质替代传统电解质后,导致电导率低,高倍率放电性能极差。原因就在于锂离子的固态扩散速度比在溶液里扩散慢得多。因此,目前固态电池还只能应用在小电流的设备中,同时想要实现快充的功能也会比较困难。
刘锴认为,要想提升固态电池电导率,对于固态电解质材料的选择尤为重要。“我们采用硅钛纳米管来做固态电解质的材料,在涂布后就可以有效减少内阻,从而提升固态电池的电导性及高倍率放电性。不过这种电解质材料也有弊端,就是寿命上不能保证,还需要在后续的研究中加以完善。
此前特斯拉电池组价格也非常高
与此同时,生产成本高也是固态电池不被看好的原因。这也是为什么特斯拉和松下要孜孜不倦的捣鼓三元锂电池,甚至还引导着三元电池体系从18650直接进入到21700,这也吸引着宁德时代、比亚迪、LG化学和三星SDI这些主流动力电池厂家,纷纷加入三元锂电池研发阵列,甚至还引发了21700电池风潮。
只不过,固态电池成本高昂跟其产业化的深度有关。目前固态电池只适用于小众的应用领域,其生产、使用的成本确实会非常高,但随着固态电池的逐步产业化,其成本降低也是水到渠成的事情。举个例子,当初特斯拉电池组的价格曾经达到1200美金/KWh,短短几年的时间内已经下降到了180美金/KWh左右。
从理论的提出时间来看,固态电池并不是全新的概念。但多年来,研发上的进展并没有想象那么快速。业内人士认为,即便最终能做到成本上的降低,电池从实验室到最终的量产也需要不短的时间。正如液态锂电池,在上世纪70年代,相关理念和实验认证就在齐头并进地推进,但真正大规模使用已是20世纪末。
未来,新能源汽车的健康与规模化推广应用很大程度上取决于高安全性、高续航里程的动力电池的支撑力度。当前,新能源汽车动力电池技术受到国家政策、外部竞争的双重压力的驱动,这就要求现有电池企业既要关注三元电池技术的持续提升,同时也要加速全固态锂电池或新型动力电池的技术储备。
总的来说,经过固态电池和三元电池在能量密度、安全性、轻量化等方面的对比,固态电池具有绝对的优势,但三元电池产品成熟度、市场渗透率比较高,目前推广起来也会相对容易,因此国内企业不约而同选择了三元路线。但毋庸置疑,未来固态电池会爆发出强大的产品替代力,颠覆动力电池的产业格局。
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