全固態(tài)電池三大技術(shù)路線，誰將最終勝出？

時間:2024-04-22 18:17來源:綠研院 作者:子蕊
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近年來，憑借高密度、更安全性、壽命長等優(yōu)點，被認(rèn)為是“最具潛力的下一代鋰電池技術(shù)”的固態(tài)電池受到市場關(guān)注，最新消息不斷。
 
今年3月16日，中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會主席萬鋼在中國電動汽車百人會論壇（2024）上表示：“當(dāng)前全固態(tài)電池在能量密度、安全性、寬領(lǐng)域和高環(huán)境適應(yīng)方面較傳統(tǒng)的業(yè)態(tài)電池具有明顯優(yōu)勢，能夠更好支撐新能源汽車在全氣候、全場景、高安全使用的需求，它是當(dāng)前新一代新能源汽車發(fā)展的重要方向。”不過，他也提出，全固態(tài)電池還需要進(jìn)一步深入研究才能走上產(chǎn)業(yè)化。
 
據(jù)不完全統(tǒng)計，寧德時代、億緯鋰能、衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源、贛鋒鋰業(yè)、蜂巢能源、國軒高科、孚能科技、力神電池、正力新能、LG 新能源、SK On等電池企業(yè)，以及北汽、吉利、東風(fēng)、蔚來、上汽、長安、廣汽、寶馬、大眾、豐田、日產(chǎn)、福特等車企，都在進(jìn)行固態(tài)電池技術(shù)的研發(fā)，并加快產(chǎn)業(yè)化落地。
 
那么，全固態(tài)電池有哪些技術(shù)路線，未來將如何發(fā)展，接下來就來了解一下：
 
固態(tài)電池的三大技術(shù)路線
 
據(jù)了解，根據(jù)電解質(zhì)的不同，目前固態(tài)電池主要有三大技術(shù)路線，分別為聚合物、硫化物和氧化物。其中，聚合物電解質(zhì)屬于有機(jī)電解質(zhì)，而后兩種屬于無機(jī)電解質(zhì)。
 
整體來看，中國企業(yè)以氧化物路線為主，日韓企業(yè)多采用硫化物固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)路線，歐美企業(yè)則在三種路線的選擇上更為均衡。
 
三種技術(shù)路線各有優(yōu)缺點，具體來看：硫化物電解質(zhì)的電導(dǎo)率最高，潛力較大。但由于熱穩(wěn)定性差，使得制備工藝復(fù)雜且成本較高；聚合物電解質(zhì)易于加工，與現(xiàn)有液態(tài)電解液的生產(chǎn)設(shè)備、工藝較為兼容，且成本低。但其電導(dǎo)率較低、穩(wěn)定性較差，潛力有限；相較于其他兩類，氧化物電解質(zhì)的電導(dǎo)率介于聚合物和硫化物之間，兼具機(jī)械穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性，成本也有優(yōu)勢。
 
綜合考慮制備難度、成本等因素，氧化物電解質(zhì)的產(chǎn)業(yè)鏈已基本成熟。初創(chuàng)公司已經(jīng)開始進(jìn)入量產(chǎn)階段，代表性電池企業(yè)包括衛(wèi)藍(lán)、清陶、贛鋒鋰電等。因此，氧化物被認(rèn)為是目前最容易實現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)的固態(tài)電解質(zhì)。
 
綠研院注意到，近期，多家企業(yè)和科研院所公開了各種在全固態(tài)電池領(lǐng)域的最新動態(tài)：
 
藍(lán)海華騰司投資的高能時代硫化物全固態(tài)鋰電池研發(fā)進(jìn)展順利，目前已經(jīng)完成20Ah級全固態(tài)電芯A樣開發(fā)，同時公司正在搭建中試線，預(yù)計2024年底可以實現(xiàn)5Ah以內(nèi)小電芯量產(chǎn)。
 
4月8日，中國科學(xué)院青島能源所武建飛、高靜、袁勛、高源等在《ACS應(yīng)用材料與接口》發(fā)表論文，該團(tuán)隊解決了硫化物全固態(tài)電池疊層工藝的行業(yè)痛點及瓶頸問題，打通了硫化物全固態(tài)電池的大型車載電池制作工藝的最后一道難關(guān)，在硫化物軟包電池疊片技術(shù)上取得關(guān)鍵性突破。
 
當(dāng)升科技4月19日在投資者互動平臺表示，公司已系統(tǒng)布局氧化物、硫化物、聚合物等主流固態(tài)電池用關(guān)鍵材料技術(shù)路線。未來，公司會根據(jù)市場情況和客戶需求持續(xù)推進(jìn)固態(tài)鋰電材料生產(chǎn)及銷售。
 
全固態(tài)電池何時產(chǎn)業(yè)化？
 
今年1月22日，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高表示，全固態(tài)電池是公認(rèn)的下一代電池的首選方案之一，被列入中國、美國、歐盟、日韓等主要國家的發(fā)展戰(zhàn)略，也成為下一代電池技術(shù)競爭的關(guān)鍵制高點。2030年左右全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化突破的可能性極大，中國電池產(chǎn)業(yè)需要敲響警鐘。
 
“只有全固態(tài)電池需要我們聯(lián)合起來攻關(guān)，也只有全固態(tài)是我們面對的威脅和挑戰(zhàn)。我們（的電池產(chǎn)業(yè)）現(xiàn)在已經(jīng)是全球領(lǐng)先了，我們不想被顛覆，但是因為全固態(tài)有這種顛覆性的潛力，我們還存在風(fēng)險，（雖然）還不是現(xiàn)實。”歐陽明高表示。
 
歐陽明高認(rèn)為，全固態(tài)電池相較液態(tài)電池具備顛覆性的技術(shù)潛力，一是高安全性，二是高能量密度，三是高功率特性，四是溫度適應(yīng)性好，五是材料選擇范圍更廣。
 
目前，全固態(tài)電池已開始成為國家之間競爭的新方向。據(jù)歐陽明高介紹，日本是舉國家之力推動全固態(tài)電池商業(yè)化，擁有官—產(chǎn)—學(xué)聯(lián)盟，豐田、本田、日產(chǎn)目前在全球，既研發(fā)全固態(tài)電池又生產(chǎn)整車，在電池與整車性能匹配結(jié)合方面比較有優(yōu)勢，其中豐田做的最早也最深。韓國三大電池廠LG新能源、三星SDI和SK On，在全固態(tài)電池方面也都取得了實質(zhì)性的進(jìn)展。
 
“全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍然面臨一系列的科學(xué)難題，需要從關(guān)鍵材料、界面、復(fù)合電極、單體電池不同層面進(jìn)行解決。比方說材料層次，硫化物電解質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性、空氣穩(wěn)定性很差，批量生產(chǎn)很難，基礎(chǔ)硫化鋰很貴，我覺得首先要把這個價格壓下去。”歐陽明高說。
 
“現(xiàn)在如果做全固態(tài)電池，那么從原料到基材生產(chǎn)、電芯/電池包裝配、電池生產(chǎn)應(yīng)用到電池回收，全生命周期的產(chǎn)業(yè)鏈都會造成巨大的沖擊”，歐陽明高還表示，中國全固態(tài)電池的研發(fā)目前來看認(rèn)識還不統(tǒng)一、力量比較分散、產(chǎn)學(xué)研不協(xié)調(diào)，需要聯(lián)合起來建立協(xié)同創(chuàng)新平臺，共同突破全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)。
 
4月10日，中國科學(xué)院院士、南開大學(xué)副校長陳軍在第十二屆儲能國際峰會暨展覽會上指出，“全固態(tài)電池已成為全球電池科技的競爭焦點，以固態(tài)電池為核心的電動汽車有可能改變未來產(chǎn)業(yè)布局。我國有望在1至2年內(nèi)，攻克600Wh/kg氧化物/聚合物復(fù)合電解質(zhì)固態(tài)電池研發(fā)。”
 
為了更好地促進(jìn)電池工程師之間的交流，助力新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和轉(zhuǎn)型升級，賦能新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展，中國電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會電池專業(yè)委員會、北京綠色智匯能源技術(shù)研究院將于5月11-12日在深圳召開“第三屆中國電池工程師年會暨新能源行業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展論壇”，共同探討應(yīng)對“新三樣”出口新問題、新型電池材料體系、關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域等問題。屆時，將對《全固態(tài)電池材料選擇與技術(shù)路線》等話題進(jìn)行探討，歡迎掃碼下方海報中二維碼進(jìn)行咨詢！   

 
(責(zé)任編輯：子蕊)
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