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能量密度方面,江苏大学新材料研究院景茂祥博士接受新材料在线®采访时说:“目前青岛能源所实验室能达到350Wh/kg-380 Wh/kg,普遍做到200 Wh/kg -300 Wh/kg之间是比较正常的。”
但如今热络了许久的固态电池为何还未见实质性应用?上述人士表示,固态电池主要是解决高能量密度、安全性等问题,安全是大家公认的,但性能方面,目前相比液态锂离子电池还差很远。景茂祥还表示,固态电池还不能达到量产商用,关键问题还是在于电解质上,尤其是固态电池的低离子电导率(10-6~10-8 S/cm)和高的电极/电解质界面阻抗。
这就导致现阶段快充问题难以实现。湖北大学材料科学与工程学院副教授、新能源材料与研究所所长梅涛接受新材料在线®采访时也表示,即便是液态电池都比较难实现快充,固态电池目前来说还没办法做到。
有一种观点指出大幅度提高充电电流与电压也可以达到快充的效果,将充电功率提高到150kw甚至350kw,可以使充电时间缩短到10至15分钟。但从整体来看,大功率充电需要更换大量电缆,这样成本会更高,同时安全性也会降低,对电网的冲击也会增大,现阶段并不可取。
新材料在线®在采访中发现,成本高、快充技术无法实现等问题是固态电池商业量产的重大阻碍。即便是固态电池更安全以及拥有更高的能量密度,不少业内人士仍表示,固态电池只闻其声不见技术,未来很长一段时间内,三元体系依旧会占据市场主导。
固态电池量产值得期待
传统的锂电池技术受制于液态电解质,难以兼容金属锂负极和新研发的高电势正极材料,从而使能量密度的上升存在瓶颈。在安全方面还会造成短路引燃、离子浓度差增大电池内阻、电极材料持续消耗等问题。同时,2020-2025年政府要求动力电池的技术目标要实现单体能量密度300Wh/kg-400Wh/kg。显然,无论是磷酸铁锂电池还是三元锂电池(三元电池),都难堪此大任。
政策方面,补贴导致新能源汽车行业井喷,在骗补事件之后,政府持续加大对行业的监管,动力电池的发展也成为行业需要重新审视的领域。其中双积分政策将于2018年4月1日起实施,原定在2019年的补贴退坡节点被提前至2018年执行,续航里程不足150km的产品将不再享有补贴。
奇瑞新能源电池系统部主任设计师朱广燕曾接受媒体采访时表示,补贴退坡之后,企业不是只瞄准补贴去做事情,可能会采用成本更有优势的、安全性的解决方案。
从安全性、高能量密度需求来说,电解液趋于固态化是必然趋势。中航锂电不愿具名人士在接受采访时表示,2020年,在政府补贴持续退坡后,市场步入到计划经济转向市场经济的阶段。在未来,当电动车逐步取代汽油车的时候,政府希望众多车企可以从产品形态上做到无缝连接,也就表明从现在开始发展固态电池是正确的选择。
即便如今技术难见,不少人对固态电池保持乐观态度,预计在2020年会在电子产品上有小批量爆发,固态电池也会出现实质应用的产品。中国电子节能技术协会常务副理事长兼秘书长黄建忠表示,固态电池发展较快,如果在技术、成本上能经受住市场考验,量产商用的日子将会很快到来。
另外,在固态电池体系的发展方向上,聚合物和硫化物电解质两者都是未来主要的突破方向。聚合物固态电解质已经有部分产品出现,在法国一些汽车上进行使用。但由于其离子传输主要发生在无定形区,而室温条件下未经改性的PEO的结晶度高,导致离子电导率较低,严重影响大电流充放电能力,需要加热至60°以上才可以充上电。但目前技术已有突破性进展,景茂祥博士表示,采用聚合物电解质在室温下也可以正常充放电,青岛能源所也有相关技术出现。
硫化物的固态电解质能与液态相媲美,目前丰田、三星、索尼正在研发硫化物固态电解质,但由于其价格过高,让不少企业望而却步,未来降低合成成本是硫化物的主要研究方向之一。
总体来说,作为新能源汽车的“心脏”,动力电池无疑决定了新能源汽车的未来。动力电池未来发展路径是电解质从液态、半固态、固液混合到固态,最终必将实现全固态的过程。采访中大部分业内人士对固态电池寄予厚望,但未来三到五年内迎来量产还为时尚早。
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