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固態(tài)電池技術(shù)新進(jìn)展不斷 產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提速？

時(shí)間:2023-07-05 17:50來源:電池聯(lián)盟 作者:子蕊
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近年來，具有能量密度高、安全性能好、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢的固態(tài)電池受到市場關(guān)注，被視為下一代動(dòng)力電池。
 
電池聯(lián)盟注意到，近期，無論是國外還是國內(nèi)，關(guān)于固態(tài)電池消息增多，新進(jìn)展不斷，這是否意味著其距離產(chǎn)業(yè)化不遠(yuǎn)了呢?
 
固態(tài)電池技術(shù)新進(jìn)展不斷
 
國外方面，豐田公司周二表示，已經(jīng)在固態(tài)電池技術(shù)上取得了重大突破，能夠?qū)㈦姵氐闹亓俊Ⅲw積和成本減半，這可能為電動(dòng)汽車的進(jìn)步帶來巨大的推動(dòng)力。
 
豐田公司宣布，該公司已經(jīng)開發(fā)出了提高電池耐久性的方法，并相信現(xiàn)在可以制造出續(xù)航里程為1200公里的固態(tài)電池，充電時(shí)間為10分鐘或者更短。
 
豐田公司碳中和研發(fā)中心的總裁海田敬二表示：“無論是液態(tài)電池還是固態(tài)電池，我們的目標(biāo)是徹底改變目前電池過大、過重、過貴的局面，在這方面的潛力上，我們將爭取將這些因素減半。”
 
伯明翰大學(xué)商業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)教授戴維・貝利認(rèn)為，如果豐田公司的說法屬實(shí)，那么這可能是未來電動(dòng)汽車的一個(gè)里程碑時(shí)刻。
 
就在上個(gè)月，豐田汽車還表示，正在開發(fā)一種大規(guī)模生產(chǎn)電動(dòng)汽車固態(tài)電池的方法，目標(biāo)是在2027年至2028年實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的商業(yè)化。
 
日前，三星SDI社長透露，“今年，我們已經(jīng)完成了全固態(tài)電池中試線的建設(shè)，準(zhǔn)備在下半年生產(chǎn)樣品。” 他還指出，“我們正在為下一代電池產(chǎn)品的開發(fā)和量產(chǎn)做準(zhǔn)備，包括完成直徑46毫米圓柱形電池的‘M線’。”三星SDI的目標(biāo)是在2027年開始固態(tài)電池的商業(yè)化生產(chǎn)。
 
國內(nèi)方面，據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)發(fā)布的消息，6月27日，該校馬騁教授報(bào)道了一種新型固態(tài)電解質(zhì)，它的綜合性能和目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近，但成本不到后者的4%，很適合產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。該成果發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》上。
 
報(bào)道指出，為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，全固態(tài)鋰電池的固態(tài)電解質(zhì)至少需要同時(shí)具備三個(gè)條件：高離子電導(dǎo)率（室溫下超過1毫西門子每厘米），良好的可變形性（250-350兆帕下實(shí)現(xiàn)90%以上致密），以及足夠低廉的成本（低于50美元每公斤）。但是，目前被廣泛研究的氧化物、硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)都無法同時(shí)滿足這些條件。而這些材料中唯一的例外氯化鋯鋰，離子電導(dǎo)率則遠(yuǎn)低于1毫西門子每厘米。
 
此次研究中，馬騁教授設(shè)計(jì)并合成了一種新型固態(tài)電解質(zhì)——氧氯化鋯鋰，這種材料具有很強(qiáng)的成本優(yōu)勢。如果以水合氫氧化鋰、氯化鋰、氯化鋯進(jìn)行合成，它的原材料成本僅為11.6美元每公斤。而如果以水合氧氯化鋯、氯化鋰、氯化鋯進(jìn)行合成，氧氯化鋯鋰的成本可以進(jìn)一步降低到約7美元每公斤，遠(yuǎn)低于目前最具成本優(yōu)勢的固態(tài)電解質(zhì)氯化鋯鋰（10.78美元每公斤），并且不到硫化物和稀土基、銦基氯化物固態(tài)電解質(zhì)的4%。
 
除了具備極強(qiáng)的成本優(yōu)勢，氧氯化鋯鋰的綜合性能和目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相當(dāng)。它的室溫離子電導(dǎo)率高達(dá)2.42毫西門子每厘米，超過了應(yīng)用所需要的1毫西門子每厘米。與此同時(shí)，它良好的可變形性使材料在300兆帕壓力下能達(dá)到94.2%致密。
 
由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態(tài)電池還展示了極為優(yōu)異的性能：在12分鐘快速充電的條件下，該電池仍然成功的在室溫穩(wěn)定循環(huán)2000圈以上。
 
氧氯化鋯鋰的發(fā)現(xiàn)，使固態(tài)電解質(zhì)在性能、成本兩方面同時(shí)實(shí)現(xiàn)了突破，對全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化具有重大意義。
 
7月4日，有記者獲悉，贛鋒新型鋰電池科技產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目一期工程的90%樓體已經(jīng)封頂，PACK（電池包裝）生產(chǎn)線將于本月投產(chǎn)。該項(xiàng)目固定投資超過50億元，將建成國內(nèi)最大的固態(tài)電池生產(chǎn)基地。項(xiàng)目于去年7月30日正式開工建設(shè)，包括固態(tài)電池技術(shù)研究院、固態(tài)電池生產(chǎn)基地及電池PACK系統(tǒng)3個(gè)子項(xiàng)目。
 
項(xiàng)目整體投用后的年產(chǎn)值將超過200億元，同時(shí)新增就業(yè)4000人以上。該項(xiàng)目也是江西贛鋒鋰電科技股份有限公司布局的第一個(gè)固態(tài)電池重大項(xiàng)目。
 
何時(shí)產(chǎn)業(yè)化?
 
據(jù)了解，過去10年，液態(tài)鋰離子電池的能量密度已經(jīng)提升了2-3倍，目前已經(jīng)接近理論上限。和鋰離子電池使用液體或凝膠電解質(zhì)不同，固態(tài)電池使用的是固體電極和固體電解質(zhì)。固態(tài)電解質(zhì)除了具有不易燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發(fā)的特性，還可大大提升鋰電池的能量密度。
 
固態(tài)電池前景廣闊，市場研究公司SNE Research測算，2025年我國固態(tài)電池市場空間有望達(dá)30億元，2030年有望達(dá)到200億元。
 
中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高之前表示，現(xiàn)在全球已經(jīng)有無數(shù)相關(guān)行業(yè)人員投入了全固態(tài)電池的研發(fā)，隨著電池技術(shù)的不斷完善與創(chuàng)新，新材料的探索效率不斷提高，有效縮短了研發(fā)周期，全固態(tài)電池正從概念走向現(xiàn)實(shí)。
 
國家也十分支持固態(tài)電池的發(fā)展，今年1月，工信部等六部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》明確指出，推進(jìn)固態(tài)電池等的研發(fā)和應(yīng)用。
 
不過，固態(tài)電池距離產(chǎn)業(yè)化仍有一段很長的路要走。在6月舉辦的2023世界動(dòng)力電池大會(huì)上，中國工程院外籍院士、加拿大皇家科學(xué)院院士、加拿大國家工程院院士孫學(xué)良表示，當(dāng)前全固態(tài)電池的正極、電解質(zhì)、負(fù)極的物理、化學(xué)、力學(xué)性質(zhì)還需改進(jìn)，材料間兼容性、界面穩(wěn)定性仍需提升，電池整體的安全管理策略及工程化制備技術(shù)尚不成熟，這些都是需要攻克的難關(guān)。
 
從企業(yè)發(fā)展情況來看，發(fā)展固態(tài)電池需要考慮到整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的整體情況，目前技術(shù)難關(guān)尚未完全突破，企業(yè)也不會(huì)輕易地對固態(tài)電池進(jìn)行量產(chǎn)并裝車。
 
那么，什么時(shí)候固態(tài)電池才能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用？孫學(xué)良院士認(rèn)為，窗口期應(yīng)該是2025-2030年期間，2025年可能是小批量的，2030年可能會(huì)有更大規(guī)模的發(fā)展。
 
總之，固態(tài)電池的潛力巨大，是未來產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，不過，在其發(fā)展過程中，面臨許多的不確定性，其在技術(shù)方面也要加強(qiáng)，想要占據(jù)主導(dǎo)地位，還需要各方的共同努力！
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 固態(tài)電池
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