中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：一周以來，隨著中、日、美、韓等多家企業(yè)高調(diào)宣布全固態(tài)電池技術(shù)的新突破，全球范圍內(nèi)全固態(tài)電池技術(shù)再次引起廣泛關(guān)注。
廣汽埃安在廣州車展上宣布將于2026年實(shí)現(xiàn)搭載全固態(tài)電池的汽車全面量產(chǎn)，并首發(fā)昊鉑后，僅過了3天，11月21日晚間，廣汽埃安宣布，公司實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)取得了全固態(tài)電池重要的技術(shù)突破。
他們宣布成功完成固態(tài)電池的界面改性技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證。在試驗(yàn)測(cè)試中，相比常規(guī)固態(tài)電池，廣汽埃安采用界面改性技術(shù)的固態(tài)電池在150周循環(huán)后容量的保持率大幅提高，超過90%，電池壽命衰減率降低了50%。
固態(tài)電池因其固固接觸的界面特性，導(dǎo)致接觸阻抗大、穩(wěn)定性差的問題，使得電池容量衰減迅速，壽命縮短。廣汽埃安實(shí)驗(yàn)室通過對(duì)固態(tài)電解質(zhì)成分的特殊設(shè)計(jì)，成功誘導(dǎo)形成界面緩沖層，有效降低了界面阻抗，同時(shí)提升了界面的穩(wěn)定性。
廣汽埃安表示，廣汽埃安實(shí)驗(yàn)室還在加速開發(fā)新型固態(tài)電解質(zhì)、固固界面改性等相關(guān)技術(shù)，以進(jìn)一步優(yōu)化固態(tài)電池的綜合性能。除了在汽車產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用外，固態(tài)電池的性能和重量的跨越性提升也將為無人機(jī)產(chǎn)業(yè)、機(jī)器人產(chǎn)業(yè)、機(jī)械外骨骼、醫(yī)療科技等對(duì)電池有高度輕量化要求的領(lǐng)域帶來重大突破。
而這邊廣汽埃安的語音剛落，日本豐田就發(fā)布了下一代電池技術(shù)路線。
根據(jù)豐田的電池技術(shù)路線，公司首先將從2026年開始引入高性能鋰離子電池，將使得車輛行駛里程提高到800公里以上。成本比當(dāng)前車型降低20%?？焖俪潆姇r(shí)間為SOC10-80%的20分鐘或更短。
而豐田研發(fā)的采用固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池具備更快的充電速度和更小體積。SOC 10-80%的快速充電時(shí)間為10分鐘或更短，豐田已在開發(fā)更高規(guī)格的全固態(tài)電池，目標(biāo)是與高性能鋰離子電池相比，續(xù)航里程提高50%。
此外，CEO佐藤社長計(jì)劃，在2027財(cái)年開始運(yùn)營一座大型固體電解質(zhì)試點(diǎn)工廠，年產(chǎn)能將達(dá)到數(shù)百噸，并逐步推向市場(chǎng)。2030年之后，公司的全固態(tài)電池將達(dá)到大規(guī)模生產(chǎn)階段，以提供給數(shù)萬輛汽車。
豐田的固態(tài)電解質(zhì)工廠規(guī)劃圖
在今年7月，豐田表示，公司的全固態(tài)電池將在2027年實(shí)現(xiàn)裝車，希望通過10分鐘以內(nèi)的充電，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有純電動(dòng)汽車1200公里以上的續(xù)航里程。
韓國的三星SDI和SK on集團(tuán)也加入了這場(chǎng)全球競(jìng)賽。三星SDI副總裁Michael Son近日在電話會(huì)議上指出：“全固態(tài)電池在材料和工藝方法上與傳統(tǒng)電池不同，這為電池制造商帶來了許多挑戰(zhàn)。”
他透露，公司計(jì)劃在2027年前開始大規(guī)模生產(chǎn)全固態(tài)電池，并已經(jīng)與多家汽車制造商就生產(chǎn)問題進(jìn)行了討論。SK集團(tuán)的SK On也在進(jìn)行突破性的全固態(tài)電池研究，該公司正開發(fā)兩種類型的全固態(tài)電池，其高能量密度和更快的充電時(shí)間將極大地提高電動(dòng)汽車的續(xù)航能力。
結(jié)合此前美國初創(chuàng)企業(yè)Solid power宣布已經(jīng)向?qū)汃R汽車交付全固態(tài)電池A樣品、Quantum Scape 更新了其固態(tài)電池測(cè)試數(shù)據(jù)、Factorial Energy宣布其在波士頓郊區(qū)的采用聚合物電解質(zhì)的固態(tài)電池制造工廠正式運(yùn)營，中、日、韓、美四國的全固態(tài)電池之爭(zhēng)儼然硝煙四起。
全固態(tài)電池，日本企業(yè)遙遙領(lǐng)先？
憑借其超過400Wh/Kg的高能量密度、不含液態(tài)電解質(zhì)從而耐高溫的安全性以及寬溫域工作窗口等特點(diǎn)，全固態(tài)電池被其支持者視為下一代動(dòng)力電池的選擇。
值得注意的是，就在兩天前，《日經(jīng)中文網(wǎng)》在一篇文章中表示，“日本在全固態(tài)電池方面領(lǐng)先，根據(jù)Astamuse公司的數(shù)據(jù)，相關(guān)專利申請(qǐng)量（2011～2022年）世界第1，是中國的近2倍。除了豐田汽車，日產(chǎn)也計(jì)劃在2024年之前建立試制生產(chǎn)線，到2030年在日本國內(nèi)銷售搭載全固態(tài)電池的純電動(dòng)汽車。
在核心的固態(tài)電解質(zhì)方面，日企也展開量產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)。其中，日本大型石油批發(fā)商出光興產(chǎn)早在20—30年前就開始研究，硫化物類固態(tài)電解質(zhì)專利申請(qǐng)數(shù)居世界第2位，公司10月與豐田就全固態(tài)電池的量產(chǎn)開展合作。
7月，出光興產(chǎn)生產(chǎn)驗(yàn)證用固態(tài)電解質(zhì)的第2工廠投入運(yùn)行。到2027年，公司還將在千葉縣新建主要向豐田供貨的產(chǎn)能。出光興產(chǎn)擁有從煉油廠的副產(chǎn)物中獲得電解質(zhì)原料的訣竅，從原料到合成全面涉足電解質(zhì)業(yè)務(wù)，能夠降低成本。
而另外一家汽車玻璃材料生產(chǎn)商AGC正在將其玻璃方面的技術(shù)應(yīng)用在固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)中。在公司的橫濱技術(shù)中心，研究者正在研究在1000度以下的爐中熔解硫化鋰和五硫化二磷等最多10種原料混合。液體冷卻后，就會(huì)產(chǎn)生用于全固態(tài)電池的黃色硫化物類的固態(tài)電解質(zhì)。
新技術(shù)能把固態(tài)電解質(zhì)的生產(chǎn)時(shí)間縮短至原來的1/10，最早將于2027年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
據(jù)AGC公司方面表示，AGC關(guān)于固態(tài)硫化物的研發(fā)還不到4年，但是9月以后“反響很大，世界各國的企業(yè)都來咨詢”。
與此同時(shí)，三井金屬也是先行者。該公司擁有控制微觀水平的粉體粒子、生產(chǎn)固態(tài)電解質(zhì)的技術(shù)。
日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)估算顯示，全固態(tài)電池的生產(chǎn)成本達(dá)到采用液態(tài)電解質(zhì)的鋰電池的4—25倍，電解質(zhì)在材料成本中占到76%。如何降低電解質(zhì)的量產(chǎn)成本，成為使用全固態(tài)電池的純電動(dòng)汽車普及的關(guān)鍵。
硫化物固態(tài)電解質(zhì)
國內(nèi)專家：被“絕對(duì)安全”的思路綁架，警惕“軍備競(jìng)賽”
針對(duì)全球范圍內(nèi)關(guān)于“下一代電池技術(shù)路線”的“激烈”爭(zhēng)奪，日本媒體對(duì)于本國企業(yè)技術(shù)的高調(diào)吹捧，國內(nèi)不乏不同的聲音。
日前中國科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究組組長陳永翀對(duì)澎湃新聞?dòng)浾弑硎?，這種情況，有些類似上世紀(jì)美國和蘇聯(lián)之間的“軍備競(jìng)賽”。
“固態(tài)電池被‘絕對(duì)安全’的思路綁架了，更何況為了提升能量密度，又想引入不安全的金屬鋰作為負(fù)極，因此陷入了技術(shù)發(fā)展思路的悖論?！标愑懒堈f。
“按照目前的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用情況，液態(tài)電解質(zhì)應(yīng)用于新能源汽車的安全性問題實(shí)際已經(jīng)基本解決了（70分）左右，當(dāng)然我們希望安全水平能夠提升到85分至95分之間的水平，但這可以通過其他技術(shù)進(jìn)步方式解決，而不一定要通過固態(tài)電解質(zhì)解決?！标愑懒堈f。
而此前7月，韓國知名咨詢機(jī)構(gòu)SNE research也給全固態(tài)電池技術(shù)潑了一盆冷水。其表示，到2030年，液態(tài)鋰離子電池在動(dòng)力電池的市場(chǎng)仍將占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，即使全固態(tài)電池成功批量生產(chǎn)，由于成本問題很難解決，市場(chǎng)滲透率也會(huì)非常低，達(dá)到4%左右。
最主要的原因在于，在技術(shù)層面，全固態(tài)電池具有界面電阻較高、離子電導(dǎo)率較低等問題，要解決這些問題并達(dá)到量產(chǎn)，需要解決的課題非常多。另外，由于電池主要材料是高價(jià)金屬，因此很難確保電池的成本競(jìng)爭(zhēng)力，因此量產(chǎn)的可能性很低。
具體來看，目前鋰離子電池的電解液價(jià)格在全球的平均水平為9美元/kg，而全固態(tài)電池中最有前途的硫化物固體電解質(zhì)的主要原料Li2S為1500—2000美元/kg，是鋰離子電池電解液的200倍以上。
而在全球動(dòng)力電池龍頭寧德時(shí)代方面，公司首席科學(xué)家吳凱也認(rèn)為，如果是解決現(xiàn)有鋰離子電池的安全問題，“沿用現(xiàn)有液態(tài)鋰電池的材料體系，負(fù)極用石墨和硅，未來也能夠解決電池安全問題，那么把液態(tài)電解液換成固態(tài)電解液，如果能夠降成本，那就值得。”
但吳凱也承認(rèn)，到能量密度的層面，基于現(xiàn)有的石墨或硅的負(fù)極材料體系，無論電解質(zhì)是什么形態(tài)，電池的能量密度不會(huì)有本質(zhì)提高。因此能量密度探索的重點(diǎn)方向是金屬鋰負(fù)極，而相對(duì)于液態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)更適合與金屬鋰結(jié)合。
據(jù)介紹，寧德時(shí)代已經(jīng)基于界面力學(xué)增強(qiáng)技術(shù)和雙向?qū)ňW(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建了長壽命全固態(tài)鋰金屬電池。其中，通過界面力學(xué)增強(qiáng)技術(shù)抑制了鋰金屬枝晶，使得鋰金屬臨界電流密度領(lǐng)先業(yè)內(nèi)；雙向?qū)ňW(wǎng)絡(luò)技術(shù)提升了固固界面穩(wěn)定性，全固態(tài)電池3C倍率循環(huán)能夠達(dá)到6000次。
不過，當(dāng)近日澎湃新聞?dòng)浾呦騾莿P詢問寧德時(shí)代的全固態(tài)電池何時(shí)裝車時(shí)，其始終沒有給予答復(fù)。而寧德時(shí)代公司官方也一直未公布其全固態(tài)電池的路線圖。
此外耐人尋味的是，當(dāng)寧德時(shí)代今年上半年發(fā)布最高能量密度達(dá)到500Wh/kg凝聚態(tài)電池并宣布年內(nèi)量產(chǎn)時(shí)，也并未表示“凝聚態(tài)”僅僅是“全固態(tài)”的過渡技術(shù)。
有多位業(yè)內(nèi)人士向澎湃新聞?dòng)浾弑硎?，?duì)于“全固態(tài)電池”技術(shù)，基于技術(shù)可行性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的考慮，寧王實(shí)際并不看好。
最后，陳永翀認(rèn)為，固態(tài)電池是重要的研發(fā)方向，但不是動(dòng)力電池的唯一終極方案?！叭魏侮P(guān)于終極方案的想法，都是理想主義，而理想主義產(chǎn)生的根源，來自我們智力見識(shí)的局限和安全感的或缺?！标愑懒堈f。
