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固态电池:“江湖”里时时有传说

  日前,固态电池企业辉能科技宣布,完成了新一轮融资,金额为3.26亿美元(约合人民币20.85亿元

详细介绍

  日前,固态电池企业辉能科技宣布,完成了新一轮融资,金额为3.26亿美元(约合人民币20.85亿元)。随即,韩国动力电池供应商SK创新方面公开表示,计划比竞争对手提前两年或以更快的时间,在2025年前开始交付固态电池。

  2019年诺贝尔化学奖得主之一的英国化学家斯坦利·威廷汉指出:“制造固态电池最困难的部分,是需要同时满足高能量密度、快速充电、长循环寿命和宽温度范围工作的要求。”如今,固态电池的技术成熟度究竟如何?距离量产上车还要多久?

  “我们应用固态电解质膜和专用正极材料,制备出了能量密度高达350Wh/kg的固态电池样品。”不久前,上市公司珠海冠宇的相关负责人表示。同期,美国固态电池开发商Solid Power公开了其高含量硅全固态电池技术的安全和性能数据,其小型软包电池在室温下可实现1000多次循环。

  正积极寻求新突破的SK创新将对Solid Power投资3000万美元(约合人民币1.9亿元),以换取技术使用权,联合生产车规级固态电池,并希望借此为长续驶电动汽车提供能量密度更高、成本更低的动力电池。此外,Solid Power的固态电池研究也获得了福特、宝马的资金支持。Solid Power方面回应称,将向SK创新提供自己研发的硫化物固态电解质、专利电池设计和生产工艺。

  硫化物固态电解质有何奥妙?“锂离子电池固态化,在大幅提高安全性的同时,可兼具高能量密度和高功率密度。Solid Power使用的硫化物固态电解质,具有较高的离子电导率、较好的机械延展性以及与电极良好的界面接触等优点,是目前最有潜力和前景的新技术之一。”中国电池工业协会锂电池应用专业委员会顾问苏南峰在接受《中国汽车报》记者采访时表示,近两年来,固态电池技术开发速度加快,而Solid Power的全固态电池,就是建立在硫化物固态电解质基础上的,这是近年来固态电池研究领域的关键技术之一。

  据悉,在固态电池布局上,韩国现代汽车也不甘落后,宣布将与美国动力电池制造商Factorial Energy(以下简称“FE”)合作,共同开发车规级固态电池。目前,双方已在“因子电解质系统技术”(FEST)研发中取得了突破性进展。

  “因子电解质系统技术采用一种专有的固体电解质材料,替代了目前锂电池的液体电解质,并可通过匹配高电压、高能量密度的电极,实现安全可靠的电池性能。”四川新能源汽车动力电池产业联盟专家宋浩骏告诉记者。通过试验,FE的固态电池在25℃条件下,循环675次后容量仍可保持97.3%,理论上可使续驶里程提高20%~50%。其量产的便捷性则体现在,现有锂电池生产线不必做很大改动。

  “目前,业界正在开发的固态电池按电解质的类型主要可分为三种,即聚合物,硫化物与氧化物。其中,聚合物电解质属于有机电解质,而后两种属于无机电解质。”广东工业大学新能源材料研究中心研究员陈新彤向记者介绍道。

  固态电池进入量产阶段,才是真正开始投入应用的标志。现在,对于还要等多久时间的问题,人们都在翘首期待一个答案。

  近日,蔚来汽车宣布将于年内量产ET7,而这款车也是该公司首款应用固态电池的产品。据悉,顶配版蔚来ET7参数图片)将配装150kWh固态电池,续驶里程达到1000公里。但资料也显示,该款固态电池是90%固态+10%液体电解质的半固态电池。

  “半固态电池是一种过渡性技术,依据现有锂电池制造条件完全可以量产。”山东电池工业协会顾问谢瑜忠在接受记者采访时表示,在目前常见的NCM811电池基础上,向负极材料中添加硅碳元素,就可以制造出半固态电池,技术上并不难实现。其实,今年蜂巢能源发布的果冻电池也是一种半固态电池,已具备量产条件。

  而真正的固态电池要实现量产,还面临不少挑战。“固态电池具有诸多优点,但要量产还需攻克一系列难题。”

  江苏新能源汽车行业发展研究院研究员厉建平认为,固态电池具有安全、能量密度高、循环性能好、适应温度广、充电速度快等优点,但量产的难题在于:一是在固态电解质的选择上,几种技术路线各有千秋,如氧化物固态电池、薄膜固态电池难以制成大容量动力电池,聚合物固态电池无法在室温下工作且难以兼容高电压正极,硫化物固态电池则面临电解质对空气敏感、制造条件苛刻、原材料昂贵、规模化生产技术不成熟等问题;二是生产工艺不成熟,由于技术路线不确定,难以做到像现有三元锂电池那样成熟;三是还要解决固态电解质材料的锂离子电导率偏低、固/固界面接触性和稳定性差等问题;四是现阶段制备工艺复杂,整体生产成本过高。

  “其实,诺奖得主威廷汉所说的固态电池要满足的技术要求,都是目前需要破解的技术难题。”浙江新能源技术应用研究院研究员陆安程告诉记者,目前各国选择的技术路线并不相同。其中,日韩企业多采用硫化物固态电解质技术路线,而中国企业多以氧化物路线为主,欧美企业的选择则呈多样化,如宝马与福特投资的Solid Power主要研发基于硫化物的全固体电池,而另一家美国电池企业Quantum Scape研发的固态电池走的是氧化物路线。

  “从当前技术水平看,距离固态电池规模化量产预计还需要5~10年时间。”华东汽车新材料技术研究院研究员林澍文认为,虽然有的公司已开发出固态电池样品,但距离量产和商业化还有不近的距离。

  尽管还有技术瓶颈有待突破,但这仍然挡不住企业纷纷抢先对固态电池进行布局的步伐。

  成立于2012年的Quantum Scape,获得了大众汽车、上汽集团、大陆集团等企业的投资。宝马、福特、SK创新看好的Solid Power,计划2022年试制固态电池产品,并计划2024年开始量产。而丰田汽车在固态电池研发上也不落后,其推出的固态电池原型车已开始测试,有望2025年前后量产。

  此外,大众汽车公开表示,未来将着力发展固态电池技术,并预计2025年投入使用;本田今年开始全固态电池生产技术验证,并力争应用到量产车型上;宝马集团发布规划,称计划在2030年前实现量产;LG能源也正在开发全固态电池,预计2026年实现量产;现代汽车的固态电池量产则定在2030年。

  在国内,也有多家电池企业开始发力。被一汽、蔚来等车企看好的辉能科技,预计在2024年量产固态电池;大众汽车参股的国轩高科,正在推进固态电池及其固态电解质的研发;宁德时代主攻硫化物固态电池技术;万向钱潮、赣锋锂业、天齐锂业、中天科技等企业也在研发固态电池;赣锋锂业拟投资22亿元建设高比能固态电池超薄锂负极材料项目。

  林澍文告诉记者,丰田的车规级固态电池拥有超过1000项专利,位居全球前列,而且大多是含金量较高的发明专利;国内多数电池企业与固态电池相关的专利大多只有个位数或两位数,辉能科技相关专利据称已到三位数,但大多是实用新型专利和外观设计专利,与丰田相比依然存在一定差距。

  2020年11月,国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划(2021~2035年)》明确要求,加快固态动力电池技术研发及产业化。据预测,到2030年,全球固态电池市场将超过60亿美元(约合人民币383亿元),中国市场的占比将超过50%。

  “在代表技术创新发展方向的固态电池方面,率先抢占技术制高点是关键。”厉建平认为,这也是率先量产及占据市场优势地位的关键。