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固态电解质内部锂枝晶含量的变化
上图很明显可以看到,在整个锂沉积过程中,LiPON-25℃的体相区域中的锂含量保持恒定,LLZO和Li3PS4则在不同温度下均有枝晶生成,温度越高枝晶生长越多。
所以,固态电解质如果追求高电子电导率,同样需要解决锂枝晶的问题。
此外,在工程化层面,全固态电池在材料和工艺层面也面临很多问题,比如充放电过程中的膨胀问题,加压、涂布等生产工艺的挑战,都是需要解决的问题。
不过,虽然固态电池存在诸多问题,但是不管是车企还是做材料出身的企业,都已经进行了布局,说明希望还是比困难多,有值得尝试的价值。NE时代也盘点了部分固态电池企业的布局,供大家参考。
固态电池企业现状汇总
赣锋锂业
赣锋锂业同样选中氧化物厚膜路线。根据其发布的公告,由其研发的第一代固态锂电池研制品已通过多项第三方安全测试和多家客户送样测试,单体容量10Ah,能量密度不低于240Wh/kg,1000次循环后容量保持率大于90%,电池单体具备5C倍率的充放电能力。截止至2018年12月31日,其40Ah 固态锂电池产品定型,产品的安全指标和综合性能通过内部测试,达到研制品水平。
今年3月份,年产亿瓦时级的第一代固态锂电池研发中试生产线开始建设,计划于2019年下半年建成投产。
台湾辉能
辉能选择的是氧化物厚膜的技术路线。它对自身固态电池的产品规划是,2018年至2023年,第一代类固态电池沿用液态电池正负极,同时正极从NCM622升级到NCM811,负极从石墨转向高SiOX含量(14%以上)的石墨复合物。2023年后为第二代固态电池,减少活性材料的使用量,正极为HNCA/HNMC,负极为金属锂或纯硅。目前其PLCB和BLCB固态电池均为第一代产品。
当前,它在台湾设有40MWh的中试线产能。产业化时间为2021年,其桃园G2线(GWh级)量产后产能将达1-2GWh。
A123 Systems
A123 Systems既走聚合物电解质路线,也开发硫化物、氧化物固态电解质。A123系统已经试制完成了具有16Ah和10Ah容量的样品电池,除了上述电解质,还采用了811配比的镍-锰-钴酸锂(NMC)正极和石墨负极的组合。此外,A123还计划基于上述样品电池,在2019年第四季度生产一种容量为50~60Ah的固体聚合物电池。该电池的A样电池样品将在2020年第一季度提供给汽车制造商,B样样品将在2021年初提供给汽车制造商,2022年~2023年左右将正式量产。
它目前建立了产能为10MWh的中试线,于2019年全面投入运营。
清陶新能源
清陶坚定固态聚合物的路线。去年11月,清陶建成第一条单体能量密度达到400Wh/kg的固态电池产线,推出第一批固态锂电池产品,产品主要投用于特种电源、高端数码等领域。
它建成产能为100MWh的中试线。除此之外,今年7月,清陶新能源年产10GWh固态锂电池项目签约仪式在宜春举行。该项目一期固态电池产能为1GWh,预计今年年底投产,二期产能9GWh,2020年6月底开工建设,此后两年内投产。
北京卫蓝
北京卫蓝走的是氧化物+聚合物固态电解质路线。它开发出一种固态电池额定容量为4-8Ah,能量密度为240Wh/kg。据了解,北京卫蓝已经掌握了包括金属锂表面处理、原位形成SEI膜技术、固态电解质、锂离子快导体制备技术以及高电压电池集成技术、陶瓷膜优化技术和集流体解决方案等多项技术。
目前,它处于中试线建设阶段、一期项目总投资5亿元,将于2020年3月投产,建成后预计形成年产100MWh固态电池的生产规模。
宁德时代
宁德时代主要走的是硫化物路线。目前它研制出容量为325 mAh的聚合物锂金属固态电池,能量密度达300 Wh/kg ,循环达到300周以上,容量保持率达到82%。
比亚迪
比亚迪没有对固态电池的技术开发路线设限,固态聚合物、氧化物均是它的目标对象。资料显示,它申请了全固态锂离子电池正极复合材料及一种全固态锂离子电池的发明专利。
目前,其固态电池正处于小规模试用阶段。而据外媒报道,比亚迪新兴固态电池将于2021年开始在日本交付。
珈伟
珈伟发力的是凝胶聚合物。2018年7月,其36Ah类固态三元软包电池通过国家强检。能量密度达到230 Wh/kg,循环次数为4000次,可用在电动摩托车上,价格大约 1.5元/wh。
目前它已完成类固态电池测试阶段。一期已投产产能规模为100MWh(或为中试线产能),正在开工建设的二期产能为2GWh。
整体来看,目前固态电池虽然存在一系列的问题与争议,但是确实能弥补液态电池部分不足,不过其产业化道路是很漫长的。
根据北汽新能源工程师贾洪涛的预测,全固态电池实现产业化估计得到2030年。目前最有可能进入市场的是混合固态锂电池。
所以很多像清陶这样的企业,只是把固态电池当做选择项,选择从特种和数码领域切入,边养活自己边搞研发,等到技术和产品成熟后,再大规模进入电动车与储能市场,自上而下渗透,挖掘更多下游需求。
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