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日本为何对全固态锂电池情有独钟?

2018/06 百韧锂电池 阅读

日本新能源产业技术综合开发机构日前宣布,该国部分企业及学术机构将在未来5年内联合研发下一代电动车全固态锂电池,力争早日应用于新能源汽车产业。该项目预计总投资100亿日元,丰田、松下等23家汽车、电池和材料企业,以及京都大学、日本理化学研究所等15家学术机构将共同参与研究,计划到2022年全面掌握全固态电池相关技术。

此前,日本锂离子电池技术与评估中心财团从日本经济产业省那里获得了1400万美元的资金支持,最终目标是在2030年之前共同研发出一种能够支持800公里续航里程的电池。

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今年以来,日本国内企业和研究机构的重心主要集中在全固态锂电池上。不禁让人好奇,为何如此重视全固态电池技术?

全固态电池技术的突出优势

此前,雷诺汽车业务负责人诺曼德公开表示,全固态电池是汽车工业的新希望,在成本、密度和热稳定性方面都较目前的锂离子电池有巨大优势,未来将主应用于长续航的电动汽车

全固态电池在电池领域发展的根本驱动力之一就是安全性。传统锂离子电池的隔膜和电解液。根据电池的电极材料特性,在大电流下工作可能出现锂枝晶,从而刺破隔膜导致短路,电池损坏;而电解液为有机液体,在高温下发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向都会加剧。

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此外,全固态电池相比传统锂离子电池优点也比较明显:

首先,相同能量下,全固态电池更薄且体积更小。传统锂离子电池中,隔膜和电解液共占据了电池中近4成的体积和2成的质量。如果用固态电解质取代,那么电极间距可以缩短到微米级,极大降低电池厚度 ,因此全固态电池技术是电池小型化,薄膜化的必经之路。

不仅如此,经过气相沉积制备的全固态电池,其整体厚度可能只有几十个微米,因此就可以制成非常小的电源器件,整合到MEMS(微机电系统)领域,从而方便电池应用在新型小尺寸智能电子设备,实现终端产品的小微型化。

其次,全固态电池轻便,能量密度高。使用了全固态电解质后,锂离子电池的适用材料体系也会发生改变,可以使用金属锂来做负极取代石墨负极这样可以明显减轻负极材料的用量,使得整个电池的能量密度有明显提高。在OFweek锂电网5月份举办的研讨会上,来自固体新能源的胡启朝带来的能量密度可达500瓦时/千克固态锂金属电池就是一个成功的佐证。详情可参考《美国麻省固体能源胡启朝:固态锂金属电池是追求能量密度最优方案》一文。

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值得一提的是,使用全固态电池,可以解决许多新型高性能电极材料与现有的电解液体系的兼容性问题。

综合考虑到以上两大因素,全固态电池相比于一般锂离子电池,能量密度可以有一个较大幅度的提升。目前为止,许多实验室中,都已经可以小规模批量试制出能量密度为300-400Wh/kg的全固态电池。

从能量密度的数据上看,全固态电池带给人们更多的直观体会是我们的手机等电子产品从“一天一充”升级到“两天一充”。

固态电池——新能源电池的新战场

国内不少证券机构研究员表示,固态电池与传统锂电池相比具有更高的能量密度,同时拥有更大的功率和更长的使用时间,是下一代锂电池发展的大趋势。

目前,我国也在积极布局固态电池研究,工信部等四部委印发的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》明确提出,加大投入研发固态电池等新型电池。随着巨头纷纷入局,将推动技术突破加速,产业化应用有望提前。

众多行业专家都对固态电池成为下一代电池技术寄予厚望。接受采访的业内人士指出,新能源电池的关键是续航能力,一旦能突破500公里或者更高,那么电动汽车的市场渗透率将明显提高。而这也将是中国有关企业与国外竞争的焦点。

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OFweek锂电网编辑认为,固态电池将成为国内外新能源竞争的新战场。大众汽车去年宣布大举进入固态电池研究领域,到2030年大众全部车型都将有电动版,将投资500亿欧元到电动车电池、200亿欧元到电动车。大众方面表示已经在计划下一代电动车电池,即里程超过1000公里的固态电池,并将在2025年量产。目前全球在这一技术方面的先锋是德国、日本、美国、法国。中国紧追其后。我国的动力电池龙头企业宁德时代在聚合物和硫化物基固态电池方向,分别开展了相关的研发工作并取得了初步进展,并在规模化生产上提出了初步的工艺路线。

固态电池作为锂电池未来发展的一个方向,全球范围内已有多家企业开始布局。国内上市公司中,国轩高科在投资者互动平台表示,已在研发固态电池及固态电解质。横店东磁在接受机构调研时表示,将组织研发固态电池, 旗下三元动力电池去年8月份试生产。赣锋锂业最新表示,目前公司的固态锂电池处于试验阶段,但已通过多项第三方安全测试。

点评:全固态锂电池将是未来电动汽车车电池的发展方向。此前,工信部等四部委印发的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》明确提出,加大投入研发新的动力锂电体系,其中就包括固态电池等新型电池。全固态电池的能量密度至少是当下传统锂离子电池的三倍,充电时间缩短的同时,续航里程更远,充放电次数更高,使得电池更耐用,是未来前景较明朗的一类电池技术。

来源:OFweek锂电网