相比于傳統(tǒng)的鋰離子
電池,固態(tài)
電池能實(shí)現(xiàn)安全與性能的雙提升。如液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池可能出現(xiàn)高溫下氧化分解、產(chǎn)生氣體、發(fā)生燃燒等安全問(wèn)題,而很多無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)材料不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液?jiǎn)栴},且有望克服鋰枝晶現(xiàn)象。雖然固體電解質(zhì)仍然存在一定的可燃燒風(fēng)險(xiǎn),但也比液態(tài)電解液電池安全性能高。
對(duì)于固態(tài)電池未來(lái)發(fā)展路線,多家媒體預(yù)言,準(zhǔn)固態(tài)電池將以聚合物復(fù)合電解質(zhì)為主,薄膜固態(tài)電池以氧化物復(fù)合電解質(zhì)為主,全固態(tài)電池以硫化物復(fù)合電解質(zhì)為主。
一、專(zhuān)利:日本專(zhuān)利居首,中國(guó) SCI 文章第一
2017 年,關(guān)于固態(tài)鋰電池分別有 1198 篇文獻(xiàn)與 117 篇專(zhuān)利,其中 1096 篇文獻(xiàn)集中在金屬鋰負(fù)極、固態(tài)電解質(zhì)以及固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極界面等基礎(chǔ)問(wèn)題研究。
在固體鋰電池方面中國(guó)發(fā)表的文章數(shù)量占據(jù)第一位,國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利方面日本占據(jù)一半以上,其中豐田以 26 篇占據(jù)了第一位。
豐田專(zhuān)利集中在對(duì)硫化物體系固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行研究,以提高電池的能量密度、電導(dǎo)率、循環(huán)壽命、安全性能等性能。
二、固態(tài)電池:50 年歷史,50 多家研發(fā)團(tuán)隊(duì)
目前,全球范圍內(nèi)約有 50 多家制造企業(yè)、初創(chuàng)公司和高校科研院所致力于固態(tài)電池技術(shù)。
三、 國(guó)外三巨頭:法國(guó) Bollore、美國(guó) Sakit3、日本豐田
法國(guó) Bollore
聚合物固態(tài)電解質(zhì)領(lǐng)域領(lǐng)軍企業(yè),全球首個(gè)固態(tài)電池
電動(dòng)車(chē)商業(yè)化的公司
早在2011年10月,Bolloré就開(kāi)始利用自主開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)“Bluecar”和電動(dòng)巴士“Bluebus”在法國(guó)巴黎及其郊外提供汽車(chē)共享服務(wù)“Autolib”,幾年來(lái)已累計(jì)投入了3000 輛搭載 30 kWh的由 BatScap 制造的固態(tài)電池。
正極材料采用 LFP 和 LixV2O8,負(fù)極材料采用金屬鋰,電解質(zhì)采用聚合物(PEO等)薄膜,但其能量密度僅為 100 Wh/kg,而且工作溫度要求 60~80℃,必須持續(xù)性將電動(dòng)車(chē)電池加熱至 60°C 以上來(lái)維持電池內(nèi)部的導(dǎo)電能力。
英國(guó)戴森+美國(guó)Sakit 3
美國(guó) Sakti3 是全球氧化物固態(tài)電池龍頭
2008 年,密歇根大學(xué)工程學(xué)教授瑪麗·塞思特里創(chuàng)辦了 Sakti3,塞思特里致力于電池技術(shù)的研究已有 20 年,并且擁有 70 余項(xiàng)專(zhuān)利。
2015 年 10 月,被真空吸塵器創(chuàng)新者戴森以 9000 萬(wàn)美金的價(jià)格全資收購(gòu),以解決應(yīng)用在其產(chǎn)品中的可充電鋰離子電池續(xù)航時(shí)間不夠長(zhǎng)、安全性有限的問(wèn)題。
Sakti3 目前存在的最大問(wèn)題是其采用薄膜沉淀工藝的制造技術(shù),簡(jiǎn)而言之就是將薄膜進(jìn)行一層層的堆積。這就造成其成本居高不下,且在未來(lái)降低成本的可能性也不算太大。
日本 38 家機(jī)構(gòu)聯(lián)合研發(fā)全固態(tài)鋰電池,豐田是龍頭
2018 年 4 月,日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省與日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)宣布啟動(dòng)新一代高效電池“全固體電池”核心技術(shù)的開(kāi)發(fā)。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)總投資 100 億日元(約合 5.8 億元人民幣),豐田、本田、日產(chǎn)、松下等 23 家汽車(chē)、電池和材料企業(yè),以及京都大學(xué)、日本理化學(xué)研究所等 15 家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)將共同參與研究,計(jì)劃到 2022 年全面掌握全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)。
豐田是現(xiàn)階段硫化物固態(tài)電池龍頭
2010 年,豐田就推出了硫化物固態(tài)電池,2014 年有消息稱(chēng),豐田實(shí)驗(yàn)原型固態(tài)電池能量密度已達(dá) 400 Wh/kg。
2017 年 2 月,豐田固態(tài)電池專(zhuān)利數(shù)量已達(dá) 30 件,遠(yuǎn)超其它企業(yè)。
2017 年 10 月,豐田宣布投入200余人加速研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)。同年 12 月,豐田聯(lián)合松下對(duì)外宣布,將聯(lián)合開(kāi)發(fā)全固態(tài)電池。
四、國(guó)內(nèi)五小龍:CATL、江蘇清陶、珈偉股份、贛鋒鋰業(yè)、北京衛(wèi)藍(lán)
CATL
CATL 以硫化物電解質(zhì)為主要研發(fā)方向,采用正極包覆解決正極材料與固態(tài)電解質(zhì)的界面反應(yīng)問(wèn)題,采用熱壓的方式增強(qiáng)了電解質(zhì)和電極材料之間的接觸,降低了界面電阻,通過(guò)對(duì)硫化物進(jìn)行改性,增強(qiáng)了其熱穩(wěn)定性。
目前容量為 325 mAh能量密度為 300 Wh/kg 的聚合物鋰金屬固態(tài)電池 300 周循環(huán)以上剩余 82%。
清陶
清陶發(fā)展由清華大學(xué)南策文院士團(tuán)隊(duì)投資創(chuàng)辦,2002 年開(kāi)始研發(fā)固態(tài)鋰電池;2006 年研發(fā)的 LLTO 固態(tài)電解質(zhì)材料展示出了優(yōu)異的性能;2010 年開(kāi)發(fā)的石榴石結(jié)構(gòu) LLZO 固態(tài)電解質(zhì)材料工藝成熟。
2018 年 5 月展示了即將量產(chǎn)的清陶固態(tài)電池高安全性測(cè)試視頻
珈偉股份
國(guó)珈星際是珈偉股份的子公司,技術(shù)路徑是以第二代聚合物鋰離子導(dǎo)體作為固態(tài)電解質(zhì),以三元材料或磷酸鐵鋰等作為正極,以石墨作為負(fù)極。2018 年 7 月,36Ah 類(lèi)固態(tài)軟包三元材料動(dòng)力鋰離子蓄電池通過(guò)國(guó)家機(jī)動(dòng)車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心強(qiáng)制性檢驗(yàn),能量密度達(dá)到了 230 WH/kg,循環(huán)次數(shù)達(dá) 4000 次,72v 系統(tǒng)可用在電摩上,價(jià)格大約 1.5 元/wh。
贛鋒鋰業(yè)+中科院材料所
2017 年 8 月 18 日,贛鋒鋰業(yè)引入許曉雄博士(科技部新能源全固態(tài)鋰離子儲(chǔ)能電池負(fù)責(zé)人)等一批中科院的技術(shù)團(tuán)隊(duì)。
2017 年 12 月 5 日,贛鋒鋰業(yè)(002460)發(fā)布公告,將設(shè)立全資子公司浙江鋒鋰,以自有資金不超過(guò) 2.5 億元投資建設(shè)一條年產(chǎn)億瓦時(shí)級(jí)的第一代固態(tài)鋰電池研發(fā)中試生產(chǎn)線,項(xiàng)目建設(shè)期 2 年。
2018 年 6 月 30 日,第一代固態(tài)鋰電池技術(shù)指標(biāo)達(dá)到:?jiǎn)误w容量 10Ah,能量密度不低于 240 Wh/kg,1000 次循環(huán)后容量保持率大于 90%,電池單體具備 5C 倍率的充放電能力,同時(shí)電池研制品通過(guò)第三方機(jī)構(gòu)安全檢測(cè)。
北京衛(wèi)藍(lán)+中科院物理所
2016 年 8 月,北京衛(wèi)藍(lán)新能源成立,依托中國(guó)科學(xué)院物理研究所,專(zhuān)注于下一代固態(tài)鋰電池研發(fā)與生產(chǎn)。
目前,北京衛(wèi)藍(lán)已經(jīng)研發(fā)并掌握了固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)域的多項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù),包括金屬鋰表面處理、原位形成SEI膜技術(shù)、固態(tài)電解質(zhì)、鋰離子快導(dǎo)體制備技術(shù)以及高電壓電池集成技術(shù)、陶瓷膜優(yōu)化技術(shù)和集流體解決方案。
(責(zé)任編輯:子蕊)