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固态电池拉力赛开跑

淘储能网讯:目前,具有高能量密度以及高安全特性的固态电池正在全球范围内受到关注。伴随着新能源汽车的高速发展,提高车辆续航里程的呼声日益响亮,想要汽车“跑”得远,选用能量密度更高的固态电池成为一个可行的选择。在此背景下,不同国家和地区的相关研究机构和企业纷纷进入“赛道”,开启了一场发力布局和加速固态电池研发的“拉力赛”。

固态电池拉力赛开跑

“想要达到2020年及以后的动力电池能量密度发展要求,实现能量密度大于500Wh/kg的目标,现有的液体电解质电池体系恐怕无能为力。作为下一代面向500Wh/kg的电池技术路线,固态电池体系的研发已成为刚需。新能源汽车产业中长期发展需要新的技术储备,固态锂电池则有望成为下一代车用动力电池主导技术路线,它不只是未来二次电池的重要发展方向,也是当前的重要任务。”中国科学院物理研究所研究员陈立泉近日表示。

国内外市场同时发力

国内外不少大型车企现已开始发力固态电池的研发,以求夺得未来发展新能源汽车的技术话语权。“各大汽车产业强国在研发应用新一代高能量密度动力电池方面都不甘落后。”日前发布的《中国新能源汽车动力电池产业发展报告(2018)》分析指出。

进军固态电池领域,大众汽车显然早有计划。其大规模电动车发展计划“Roadmap E”预计投资500亿欧元,将在中国、欧洲及北美开展动力电池长期战略合作项目,并在2025年之后实现固态电池装车应用,实现1000公里的续航里程。同样积极布局固态电池的还有宝马汽车,其与美国电池技术公司Solid Power建立合作伙伴关系,共同开发电动汽车专用固态电池技术。

在亚洲,固态电池同样是汽车公司以及电池企业布局的热点。日本丰田给出的“答卷”是与松下联合研发方形固态电池,同时计划发展更高密度的新一代全固态电池。而韩国电池制造研发企业LGChem则选择与三星SDI联合研发高镍NCM、NCA以及固态电池,并表示固态电池量产将在2025年左右。

面对竞争激烈的国际固态电池市场,我国以中国科学院物理研究所为代表的研究团队,也正在积极推进固态电池的产业化工作。同样发力的还有企业,赣锋锂业正与中国科学院宁波材料所进行合作,宁德时代、天津力神、中航锂电及卫蓝新能源等企业也在进行固态电池的开发。

“可以看到,不管是车企还是电池企业都着眼于全固态电池的研发,这更像是一场高比能全固态电池的技术竞赛,将极大促进高比能全固态锂电池最终实现。”北京理工大学材料学院教授吴伯荣表示。

多道难题待解

据记者了解,固态锂电池的关键是固态电解质材料,现有的无机固体电解质和高分子聚合物电解质材料,没有任何一种既有高离子电导率和机械强度,又有良好的加工性能。“目前高分子聚合物电解质材料在室温离子电导率低,而无机固体电解质则存在制备困难的问题,怎么办呢?我们要挑选各自的优点,规避缺点。”中国科学院院士南策文指出,想要“两全其美”,就必须对固态电解质材料的研发提出更高的要求。

面对固态电池发展过程中的阻力,中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙同样提出了自己的看法,“目前最基础的问题仍然没有在科研层面得到解决,即固体与固体之间的接触界面高电阻问题。”过大的电阻不仅会带来能量的浪费,还会导致电池温度升高,对其安全性能造成不良影响。

除了技术上的不成熟,市场规则不完善同样是固态电池成长的“烦恼”。中国汽车技术研究中心有限公司北京工作部副主任王成告诉记者,纵使近两年的新能源汽车财政补贴标准关联了动力电池能量密度和车辆续驶里程,且2018年新版的补贴政策更加细化和完善,但是对于产品能量密度的指标要求迭代周期过短,导致部分企业一味追求能量密度和高补贴,忽视了产品综合性能的优化,导致企业的技术和产品难以形成积累。

“从整体的技术链来看,固态电池市场存在布局不均、链条不稳的风险,难以打下持续发展提升的坚实基础。”王成分析指出,目前仍需进一步引导企业在技术以及产品层面形成良性发展的健康体系,“研发机构和企业应注重积累的效率,在不断的积累量变过程中,促成迭代质变。”

固态锂电池成战略重心

面对如火如荼的固态电池“竞技场”,中国显然抢到了参赛的入场券。国务院发布的《中国制造2025》规划中明确提出了对单体动力电池比能量的战略布局,高比能、高安全、长寿命和低成本固态锂离子电池,是我国实现新能源汽车“纯电驱动”技术转型战略的关键和重要支撑。自20世纪70年代以来,国内各研究机构、高校,以及近年来随国家政策而创建的优势电池材料企业,在固态电解质和固态电池研究方面已取得了系列研究成果。同时,赣锋锂业和宁德时代都将全固态锂电池作为下一代高性能动力电池的研发重点。

“总体看固态电池发展的路径,电解质可能是从液态、半固态、固液混合、固态最后到全固态。负极会从石墨负极,到硅碳负极,最后有可能到金属锂负极,但是目前还存在技术不确定性。”中国科学院院士欧阳明高近日分析指出,“到2030年,希望在电解质方面取得突破,全固态电解质会产业化,电池单体比能量有望冲击500Wh/kg。2030年,常规车型的续航里程应该可以达到500km以上。”

目前,国家自然科学基金委员会、科技部和工信部都已将固态电池的研发列为重点专项,随着更多新型固态电解质材料的发展和全固态锂电池反应机制研究的逐步深入,固态电解质性能有望得到持续改善。

“但光靠国家的支持是不够的。”陈立泉指出,“希望锂电产业界和投资促进局高度重视,使我国在这场激烈的国际竞争中获胜,使动力电池产业从‘跟跑’变为‘领跑’,促进新能源汽车大规模的推广应用。”

来源:中国能源报

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