鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1220次 | 2020年03月27日
各國(guó)固態(tài)鋰離子電池發(fā)展到哪兒了?
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、出現(xiàn)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。
關(guān)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、專利:日本專利居首,我國(guó)SCI文章第一
2017年,有關(guān)固態(tài)鋰離子電池分別有1198篇文獻(xiàn)與117篇專利,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。
在固體鋰離子電池方面我國(guó)發(fā)表的文章數(shù)量占據(jù)第一位,國(guó)際發(fā)明專利方面日本占據(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多家制造公司、初創(chuàng)公司和高??蒲性核铝τ诠虘B(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)軍公司,全球首個(gè)固態(tài)電池電動(dòng)汽車商業(yè)化的公司
早在2011年十月,Bolloré就開(kāi)始利用自主開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車Bluecar和電動(dòng)巴士Bluebus在法國(guó)巴黎及其郊外供應(yīng)汽車共享服務(wù)Autolib,幾年來(lái)已累計(jì)投入了3000輛搭載30kWh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100Wh/kg,而且工作溫度要求60~80℃,必須持續(xù)性將電動(dòng)汽車電池加熱至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)Sakit3
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)專利。
2015年十月,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)鋰離子電池,豐田是龍頭
2018年四月,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、電池和材料公司,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,豐田實(shí)驗(yàn)原型固態(tài)電池能量密度已達(dá)400Wh/kg。
2017年二月,豐田固態(tài)電池專利數(shù)量已達(dá)30件,遠(yuǎn)超其它公司。
2017年十月,豐田宣布投入200余人加速研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)。同年十二月,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)為重要研發(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325mAh能量密度為300Wh/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)鋰離子電池;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年五月展示了即將量產(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年七月,36Ah類固態(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230WH/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年八月十八日,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年十二月五日,贛鋒鋰業(yè)(002460)公布通告,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)鋰離子電池研發(fā)中試生產(chǎn)線,項(xiàng)目建設(shè)期2年。
2018年六月三十日,第一代固態(tài)鋰離子電池技術(shù)指標(biāo)達(dá)到:?jiǎn)误w容量10Ah,能量密度不低于240Wh/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年八月,北京衛(wèi)藍(lán)新能源成立,依托我國(guó)科學(xué)院物理研究所,專注于下一代固態(tài)鋰離子電池研發(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)和集流體解決方法。