加快固態電池在電動汽車領域應用的建議

南投搬家公司費用 近年來,固態電池在材料結構和性能上不斷取得突破,被認為是未來替代鋰離子動力電池的最終解決方案。日本經濟產業省自2018年5月起已出資16億日元,聯合本國豐田、本田等汽車廠商及電池、材料廠商,共同研發固態電池,將固態電池上升到國傢戰略高度,欲搶占行業發展制高點。為此,我國在提升技術相對成熟的鋰離子電池性能的同時,也應加快固態電池的研發、儲備及應用,建立電動汽車的多類型動力電池供應體系。01 固態電池研發取得新進展固態電池使用固體電極材料和固體電解質材料,是不含有任何液體的鋰電池。主要包括全固態鋰離子電池和全固態金屬鋰電池。與傳統鋰電池一樣,固態電池由正極、負極、電解質等各單元構成,工作原理相同。兩者構成的差異主要在於電解質固態化。固態電池是動力電源的潛在競爭者。固態電池突破傳統鋰電池的技術短板,有望解決目前困擾動力電池行業的兩大“挑戰”——安全隱患和能量密度低,成為電動汽車電源的有力競爭者。固態電池優勢明顯:一是安全性高。由於固態電池的電解質固態化,不含易燃易爆、易揮發等成分,可徹底消除電池因漏液引發的電池冒煙、起火等,以及在充放電過程中生成鋰枝晶造成的安全隱患,被稱為最安全電池體系。二是能量密度高。目前,市場上應用的磷酸鐵鋰電池單體能量密度約為120-140Wh,三元電池單體能量密度約為130-220Wh。受制於現有體系架構和關鍵正極材料影響,這兩種電池均難以滿足我新北垃圾清運國《節能與新能源汽車技術路線圖》中提出的到2025年、2030年鋰電池能量密度分別達到400Wh、500Wh的需求。而固態電解質電化學窗口寬,可以兼容金屬鋰負極和新研發的高電勢正極材料,適配性強,能極大地提升能量密度空間。目前,固態電池可提供的能量密度約為300-400Wh,且具有循環性強、適用范圍廣、柔性強、回收方便等優勢。主要國傢研發應用不斷取得新突破。日本豐田、美國Sakti3、法國Bolloré為全球固態電池研發三巨頭,分別代表瞭硫化物、氧化物和聚合物三大固態電解質的技術開發方向。日本是固態電池研發最早且技術最為成熟的國傢,以豐田公司為代表。豐田已推出能量密度為400Wh/L的全固態鋰離子電池,約為現有鋰離子電池的3倍。計劃於2020年全面實現全固態電池商業化,並將全固態電池應用於RAV4車型,將行駛裡程提高至500公裡。豐田以擁有30項固態電池的專利數量居全球首位。在美國,Sakti3公司已研發出能量密度達到1000Wh的固態電池,若實現商業化量產後,成本隻有當前鋰電池的20%。在法國,Bolloré公司研發的固態電池已經批量應用於共享電動汽車“Autolib”和小型電動巴士“Bluelus”,總體應用超過3000輛,這是全球首次用於電動汽車的商業化全固態電池。在我國,中科院在固態電池上的佈局相對較早。中科院青島能源所已自主研發6Ah大容量三元固態鋰電池,並用於深潛器進行馬裡亞納海溝探測;中科院化學研究所成功開發出新型雙功能聚合物電台北垃圾清運解質,可用於室溫固態金屬鋰電池;寧德時代正加速硫化物全固態鋰金屬電池的研發;贛鋒鋰業已投資建設億瓦時級第一代固態鋰電池研發中試生產線。02固態電池成為主導動力電源仍有差距固態電解質技術瓶頸制約固態電池的發展。固態電解質材料很大程度上決定瞭固態電池的各項性能參數,如安全性能、功率密度、循環穩定性、高低溫性能以及使用壽命等。固態電解質的發展主要遵循兩條路線,一是聚合物路線;二是無機物路線,無機物又可分為氧化物和硫化物。但現階段兩種技術路線均存短板。具體是:聚合物固體電解質雖高溫工作性能較好,但室溫電導率較低、電壓較低,限制瞭其大規模商業化應用;氧化物化學穩定性好,但室溫離子電導率較低。硫化物具有較高的室溫離子電導率,但是其環境穩定性差。這兩種作為無機物固態電池最大的問題是能量密度相對較低,與現有電池相比尚無經濟性優勢。固態電池產業化應用尚需時日。目前,固態電解質電導率總體偏低,導致固態電池倍率性能較低、充電速度慢,成本較高,阻礙瞭其產業化應用。一是充電速度慢。由於固態電池的電解質材料均為固體,導電過程中是點接觸,因此電極與電解質之間有效接觸較弱,界面阻抗過大,造成電池內阻急劇增大、充電過程中能量損失較快,從而充電時間長。據統計,快充也仍需要5小時以上。二是規模化制備工藝有待提高。固態電池生產工藝尚未成熟,例如固態電解質膜的柔韌性不佳,電芯組裝更多偏向疊片而非卷繞工藝,但細分工藝仍未知;在塗佈、封裝等工序需要定制化的設備,並在更高要求的幹燥間進行,台中搬家制造環境更為苛刻。三是生產成本高。目前,液態鋰電池生產成本在200-300美元/千瓦時,而固態電池尚未實現產業化,成本非常高。按照美國Sakti3公司預測,其最終會把以氧化物技術研發的固態電池成本降低至100美元/千瓦時,但Sakti3並沒有公佈具體時間計劃。03我國需跟進研究固態電池技術緊跟技術發展新動向,著力突破關鍵材料和工藝技術。發展固態電池是搶占全球車用動力電池技術制高點的重要舉措,我國應抓住電動汽車快速發展的有利時機,鼓勵在固態電池領域具有基礎優勢的科研機構,如寧波大學、中科大、中科院物理所、中電十八所等,緊跟國際技術發展新趨勢,進一步加強固態電池在工作過程中的固-固界面結構特征、離子傳輸、空間電荷層等機理研究;重點突破高離子電導率的聚合物、氧化物、硫化物等關鍵電解質材料,電極與固體電解質膜的大面積、高速度制造等電芯技術,從而降低界面電阻提高電池高倍率容量。加大政府財稅支持及科研投入力度。加強產業投資專項基金、創新創業投資基金等對固態電池的支持。發揮風險基金等作用,鼓勵社會資本投向固態電池創新型企業和基礎研究、關鍵技術攻關、產業化培育等項目。進一步鼓勵企業加大研發投入,特別是對從事早期技術研發的企業可提供稅收優惠政策。開展國際合作,加快引進固態電池先進技術。鼓勵企業依托我國巨大的市場需求優勢,與美國Sakti3、Seeo、日本豐田等擁有先進固態電池技術的企業開展合作,利用技術外溢效應,帶動我國固態電池自主創新發展。
(編輯:N台中搬家公司icola)

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