各國(guó)固態(tài)鋰電池發(fā)展到哪兒了？

時(shí)間:2018-09-10 17:24來(lái)源:電車(chē)匯 作者:史晨星
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       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)
文章標(biāo)簽： 鋰電池;豐田
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