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固态电池何以成为动力电池产业的下一个风口?

固态电池何以成为动力电池产业的下一个风口?

2017-08-24 作者:叁城子 来源:新能源汽车网
  近日,丰田宣布研发全固态电池电动车,最快将于2022年上市,消息一出,就在业内引起巨大反响。这次,飞起的“固态电池”成为业界关注的可畏后生。

  众所周知,里程焦虑一直是困扰我国新能源汽车发展的首要难题。而自从能源车补贴与能量密度直接挂钩后,提升动力电池能量密度更成为动力电池企业市场制胜的“必杀技”。

  摇滚教父崔健曾唱到:“不是我不明白,这世界变化快”,在政策主导的培育期,节奏变快的动力电池产业,在路线图和时间表上终于标定了2020的“休止符”。

  按照国家四部委发布的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》中提到的动力电池能量密度的关键指标和完成的时间节点等要求,到2020年锂离子动力电池单体能量密度需要做到300Wh/kg,系统能量密度要做到260Wh/kg。

  当下,绝大部分电池企业仅完成该指标的1/2不到。

  一方面,窗口期所剩时间不多;另一方面,关键指标达标显得日益困难。

  那么,动力电池产业如何破局?而宁德时代、中航锂电等纷纷布局固态电池技术又意欲何为?

 

  新能源汽车网[xnyauto]对此进行剖析,供业界评鉴。

  当下的困局成因

  毋庸置疑,自从能源车补贴与能量密度直接挂钩后,动力电池企业纷纷加快了能量密度的提升步。从今年新发布的七批推荐车型目录来看,不管是新能源客车,还是新能源乘用车,搭载电池能量密度均大幅提升,拿到1.2倍补贴车型占比已超过60%,动力电池正朝着高能量密度的方向发展。

  但是,按照此前四部委发布的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》中提到的动力电池能量密度的关键指标和完成的时间节点,到2020年锂离子动力电池单体能量密度需要做到300Wh/kg,系统能量密度要做到260Wh/kg。据新能源汽车网[xnyauto]了解,从目前情况来看,绝大部分电池企业仅完成该指标的1/2不到。

  分析背后的动因,无外乎技术路线的选择和技术水平的阶段性局限。

  目前新能源客车主要使用的是磷酸铁锂电池,虽然安全性有保障,但现在磷酸铁锂电池能量密度普遍在115Wh/kg,即使是比亚迪这样的磷酸铁锂龙头企业,能量密度也只能做到150Wh/kg,且已经接近极限值。

  业内普遍认为,未来三年内三元电池必将完成对磷酸铁锂电池的替代,磷酸铁锂电池最终会退出新能源车市场。近日,特斯拉宣布摒弃此前所使用的18650三元电池,开始采用尺寸更大、能量密度更高的21700电池。按照特斯拉的说法,能量密度可提升20%,这也意味着三元电池系统能量密度已突破300Wh/kg。

  正因如此,包括比亚迪、CATL、力神、沃特玛等纷纷出台自己的“三元计划”。华东锂电技术研究所研究员刘锴表示,“走三元路线实现300Wh/kg能量密度目标是可行的,目前日亚化学三元电池能量密度可做到330Wh/kg,而用于特斯拉的松下的三元电池已经可以做到252Wh/kg,国内三元电池仍有较大潜力可挖”。

  鉴于能量密度还有很大提升空间,三元电池成为主流技术路线趋势已不可逆转。但时至今日,困扰三元电池的安全性问题仍然没有得到很好的解决,就连号称BMS做到全球最好的特斯拉,也是安全事故不断,今年仅国内就有两辆Model S发生严重起火事件,三元电池的安全性仍然备受质疑。

  未来的破局之道

  或许,世界上所有不可阻挡的趋势都应了这句话:“障碍即是垫脚石”。趋势的风口上,总有飞起的猪或是真正的金凤凰。

  近日,丰田宣布研发全固态电池电动车,最快将于2022年上市,消息一出,就在业内引起巨大反响。这次,飞起的“固态电池”成为业界关注的可畏后生。

(图片来源于网络)

  中国工程院院士陈立泉曾表示,“固态电池的能量密度远超三元电池。动力电池关键在于成本、能量密度和安全性,要达成500Wh/kg能量密度目标,只有固态电池可胜任”。

  业内普遍认为,固态电池在继承传统电池优点的基础上,安全性、能量密度都有大幅进步,特别是充电时间可缩短至几分钟。

  专家指出,固态电池能量密度的持续提升,理论上更具可行性。首先,固态锂电池电压平台提升,固态电解质比有机电解液普遍具有更宽的电化学窗口,有利于提升电池的能量密度;其次,固态电解质能阻隔锂枝晶生长,材料应用体系的范围也大幅提升,为具有更高能量密度空间的新型电池技术奠定了基础。

  当前,固态锂电池已在较小范围内有应用,能量密度约400Wh/Kg,预估其最大能量密度值为900Wh/Kg,有超过100%的提升空间。

  再说安全性,近年来国内外多次出现新能源汽车自燃事故,原因就在于当前三元电池的电气安全、功能安全、化学安全、机械安全方面控制仍未完善。三元电池液态电解质易燃易爆,长期使用易触发“热失控”,在充放电过程中锂枝晶生长容易刺破隔膜,引起电池短路,造成安全隐患。但固态电池则没有这样的烦恼,其固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、无漏液,同时固态电池在大电流下工作不会因出现锂枝晶刺破隔膜而导致短路,不会在高温下发生副反应产生气体发生燃烧,因此搭载固态锂电池汽车的自燃概率会大大降低。所以,安全性也被认为是固态电池发展的最根本驱动力之一。

  据了解,目前国内从事固态电池研究的企业和机构就有宁德时代、中航锂电、中科院化学所、中科院青岛能源所、上海空间电源研究所、中科院宁波材料所、、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。

  中科院青岛能源所开发的大容量固态聚合物锂电池“青能 II号”,能量密度高达300Wh/kg。

  据新能源汽车网[xnyauto]了解, CATL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。

  综上所述,虽然成熟的固态电池产品推出至少还需要5年的时间,但是,“风物长宜放眼量”,不仅仅着眼于当下的市场制胜,而且还要致力于赢得未来,这是“宁德时代们”高瞻远瞩的战略选择,亦或是弯道超车路上的一抹别样的风景。

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