傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池不會(huì)是動(dòng)力電池的技術(shù)終點(diǎn)、固態(tài)電池是后鋰電時(shí)代的必經(jīng)之路早已是行業(yè)共識(shí)。日本新能源產(chǎn)業(yè)的技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)——NEDO更是早在2008年就發(fā)布了電池研發(fā)路線圖,固態(tài)電池作為發(fā)展方向赫然在目。
(NEDO 2008年發(fā)布的全固態(tài)二次電池研發(fā)路線圖)
固態(tài)電池究竟什么時(shí)候能量產(chǎn),關(guān)系著新能源汽車何時(shí)才能真正意義上進(jìn)入市場(chǎng),因此固態(tài)電池發(fā)展的一舉一動(dòng)始終牽動(dòng)著行業(yè)神經(jīng)。
“煙霧彈”密布
6月24日,萬(wàn)向A123公司和材料公司Ionic Materials正式對(duì)外宣布,全固態(tài)電池研發(fā)取得里程碑式進(jìn)展,并稱“這種獨(dú)特的方法使得全固態(tài)電池有望在2022年推向市場(chǎng)”。
8月28日,贛鋒鋰業(yè)發(fā)布2019年半年度報(bào)告,表示第一代固態(tài)鋰電池研制品已通過(guò)多項(xiàng)第三方安全測(cè)試和多家客戶送樣測(cè)試,公司投資建設(shè)的年產(chǎn)億瓦時(shí)級(jí)第一代固態(tài)鋰電池研發(fā)中試生產(chǎn)線,計(jì)劃于2019年下半年建成投產(chǎn)。
這樣的描述,許多媒體將其解讀為量產(chǎn)在即。但事實(shí)上,在萬(wàn)向的這篇新聞稿里并沒(méi)有提到關(guān)于“量產(chǎn)”的字眼,在向萬(wàn)向方面求證時(shí),對(duì)方僅表示這是萬(wàn)向北美方面的項(xiàng)目,是否有具體產(chǎn)品并不清楚。而贛鋒鋰業(yè)方面,則能看到“中試生產(chǎn)線”這樣的描述,說(shuō)明這僅僅是中試產(chǎn)品,并不是真正意義上的量產(chǎn)產(chǎn)品。業(yè)內(nèi)人士指出,電池從中試線到真正的量產(chǎn),至少需要3年時(shí)間,而且還伴隨著失敗的風(fēng)險(xiǎn)。
過(guò)去五年來(lái),關(guān)于固態(tài)電池技術(shù)突破的消息不絕于耳,但最終幾乎所有的結(jié)果都停留在試驗(yàn)室階段,關(guān)于量產(chǎn)商業(yè)化卻始終沒(méi)有明確答案。
對(duì)于這些經(jīng)常出現(xiàn)的“煙霧彈”,一位業(yè)內(nèi)人士告訴第一電動(dòng),“不過(guò)是資本游戲罷了?!?/p>
那么究竟固態(tài)電池目前進(jìn)展如何,距離量產(chǎn)到底還有多遠(yuǎn)呢?
固態(tài)電池的技術(shù)困境
目前固體電解質(zhì)根據(jù)材料不同,分為聚合物、氧化物和硫化物三種體系,但無(wú)論哪種體系都無(wú)法回避電導(dǎo)率這一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
電導(dǎo)率是用來(lái)描述物質(zhì)中電荷流動(dòng)難易程度的參數(shù)。電池中,電解質(zhì)的功能在于電池充放電過(guò)程中為鋰離子在正負(fù)極之間搭建傳輸通道以實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)部電流的導(dǎo)通,決定鋰離子運(yùn)輸順暢情況的指標(biāo)被稱為離子電導(dǎo)率。
根據(jù)數(shù)據(jù)顯示,硫化物體系電導(dǎo)率最高,意味著該體系有最好的導(dǎo)鋰能力,但傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率為S/cm左右,比任意固態(tài)電解質(zhì)類型的離子電導(dǎo)率都要高。
除了低倍率,高阻抗也是固態(tài)電池在量產(chǎn)路上的一大攔路虎。
傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)與正、負(fù)極的接觸方式為液態(tài)與固態(tài)接觸,界面潤(rùn)濕性良好,界面間不會(huì)產(chǎn)生大的阻抗,而固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極之間以固態(tài)與固態(tài)界面的方式接觸,接觸面積小,與極片的接觸緊密性較差,界面阻抗較高?,F(xiàn)階段的大部分固態(tài)電池企業(yè)的產(chǎn)品仍需添加少量液態(tài)電解液以緩解電極界面問(wèn)題、增加電導(dǎo)率,因此隔膜仍然存在與電池中以用來(lái)阻隔正負(fù)極,避免電池短路。
低離子電導(dǎo)率與高界面阻抗導(dǎo)致了固態(tài)電池的高內(nèi)阻,直接影響固態(tài)電池的能量密度與功率密度,使其難以達(dá)到理論數(shù)值。
三種體系的量產(chǎn)之路
法國(guó)Bollore公司算得上真正在電動(dòng)車上實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池商用化的企業(yè),它選擇的是聚合物電池體系。早在2011年底,Bolloré就開始利用自主開發(fā)的電動(dòng)汽車“Bluecar”和電動(dòng)巴士“Bluebus”在法國(guó)巴黎及其郊外提供汽車共享服務(wù)“Autolib”,幾年來(lái)已累計(jì)投入了約3000輛搭載30kWh固態(tài)聚合物電池+雙電層電容器為動(dòng)力系統(tǒng)的電動(dòng)車。但由于工作溫度范圍的限制、加熱器的存在導(dǎo)致能耗增加以及安全性等問(wèn)題,該產(chǎn)品雖然給市場(chǎng)提供了參考與指導(dǎo),但并不具備商業(yè)價(jià)值。
雖然該體系技術(shù)相對(duì)成熟,成本低廉,是當(dāng)前量產(chǎn)能力最強(qiáng)固態(tài)電池,但在室溫下過(guò)低的離子電導(dǎo)率以及低容量正極使其能量密度能達(dá)到的上限值較低,因此在車規(guī)級(jí)動(dòng)力電池層面上幾乎沒(méi)有商用化可能。
而擁有能與液態(tài)電解質(zhì)相媲美的離子電導(dǎo)率的硫化物體系,是最有希望應(yīng)用于車輛領(lǐng)域的固態(tài)電池體系。這個(gè)賽道上都是一些耳熟能詳?shù)拇笸婕?,其中以豐田的技術(shù)最為領(lǐng)先。
(硫化物體系主要研發(fā)企業(yè))
擁有最大的開發(fā)潛力,卻也伴隨著最大的開發(fā)難度,生產(chǎn)環(huán)境限制、安全問(wèn)題以及界面問(wèn)題是其最大阻礙,也是未來(lái)需要解決的重點(diǎn)。如此看來(lái),量產(chǎn)商業(yè)化的腳步依然不會(huì)太快,就連豐田動(dòng)力總成部門的總經(jīng)理Shinzuo">
(2014">
作為國(guó)內(nèi)動(dòng)力行業(yè)的頭部企業(yè),寧德時(shí)代也表示會(huì)持續(xù)關(guān)注固態(tài)電池領(lǐng)域進(jìn)展,并跟進(jìn)相關(guān)技術(shù)動(dòng)態(tài),但從目前技術(shù)進(jìn)展看,固態(tài)電池距離商業(yè)化仍有較長(zhǎng)距離。
最后來(lái)看看氧化物體系,它主要分為薄膜型與非薄膜型兩大類,非薄膜型產(chǎn)品憑借較高導(dǎo)電率、相對(duì)低的生產(chǎn)成本以及相對(duì)平衡的各項(xiàng)指標(biāo),已成為中國(guó)企業(yè)重點(diǎn)開發(fā)的方向,臺(tái)灣輝能與江蘇清陶都是此賽道的知名玩家。
輝能早在2014年變與手機(jī)廠商HTC合作生產(chǎn)了一款能給手機(jī)充電的手機(jī)保護(hù)皮套,采用了固態(tài)電池電源,同時(shí),其產(chǎn)品在可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域也有應(yīng)用。今年更是分別與天際和蔚來(lái)達(dá)成合作協(xié)議,有人猜測(cè),這兩家車企的某一家或許會(huì)成為首家裝載固態(tài)電池的整車企業(yè)。
但許多業(yè)內(nèi)人士對(duì)此也有不同觀點(diǎn),某車企電池部門經(jīng)理告訴第一電動(dòng),“固態(tài)電池的量產(chǎn)商業(yè)化不可能這么快?,F(xiàn)在某些企業(yè)可能具備量產(chǎn)的技術(shù)條件,但能否滿足車規(guī)級(jí)要求,成本方面用戶是否愿意買單,都不好說(shuō)。沒(méi)有市場(chǎng)的量產(chǎn),就變成了曲高和寡,沒(méi)有意義?!?/p>
另一位投資界人士也表示,“固態(tài)電池有商業(yè)化的前景,但商業(yè)化3年內(nèi)還看不到,想全面大批量投入生產(chǎn)和應(yīng)用,還需要很長(zhǎng)的一段時(shí)間。”
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