全球汽车业展开固态电池竞备赛

2021-05-25      616 次浏览

固态电池已成为全球锂离子电池行业竞争的制高点之一,欧美日等传统汽车强国对此高度重视,韩国汽车及锂离子电池公司近年来也加强了固态电池的研发。“全球共有53家公司在布局研发固态电池,其中约9家专注从事硫化物固态电池。”我国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员崔光磊说。


德法:加速推进聚合物固态锂离子电池


1999年法国Bolloré公司实现了聚环氧乙烷聚合物固态锂离子电池的商业化,2012年实现全固态电池的商业化应用。这种固态电池的特点是容易加工,可以制备大容量电芯,且机械性较软,各项性能和目前使用的电解液有相似之处。因此,比较容易利用现有设备通过改造实现固态电池的量产。


2015年,德国博世集团收购了美国电池生产商SEEO公司,采用的也是聚环氧乙烷聚合物固态电解质路线。


不过,这种固态电池的缺点也很明显,离子电导率在所有的固态电池中最低,电池本身必须加热到60℃或85℃以上,离子电导率才会提升,所以装配这种电池的汽车要经常保持在充电和高温的状态。另外,聚合物较为柔软,锂枝晶容易穿透固态电解质造成短路。聚合物是有机物,电化学稳定性也不好,虽与磷酸铁锂兼容性较好,但难与三元材料兼容,导致能量密度无法提升。崔光磊说:“聚环氧乙烷本身存在的电化学窗口窄和室温离子电导率低的缺陷,决定了这种固态锂离子电池仍然有很长的路要走。”


另外,德国三大汽车公司也一直在关注固态电池。宝马公司研发的固态电池技术有望于2026年量产。大众向美国电池公司QuantumScape投资,目标在2025年前建立固态电池生产线。德国政府曾拨款10亿欧元支持本国公司研发固态电池。


美日韩:专注硫化物全固态电池


日本丰田作为现阶段硫化物固态电池龙头公司,几乎垄断了硫化物电解质专利,于2010年率先推出了硫化物固态电池。但在崔光磊看来:“这仅仅是一种宣传,并没有实用性的固态电池面世或产业化。”


为进一步解决大容量无机固态锂离子电池产业化过程中存在的固/固界面接触失效等诸多瓶颈问题,2017年十月,丰田宣布投入研发力量进一步布局固态电池研发。同年十二月,丰田还联合松下对外宣布,将联合开发全固态电池,预计2022年实现固态电池产业化。


日本政府对固态电池研发极为重视,日本科技省共投入3个项目支持固态电池研发,低碳新能源项目在2013~2022年每年投入15亿日元支持研发,新能源研发机构在2016~2022年每年投入30亿日元支持研发;还设立了2018~2022年solidev项目,在2018年投入18亿日元,预计2025年、2030年硫化物全固态电池在日本动力锂离子电池市场的渗透率分别达到50%、95%。


“日本举全国之力推进硫化物全固态电池产业化,已经联合丰田、本田、松下、日立、三井化学、NGK等38家公司与机构一起做硫化物全固态电池,相关研究非常扎实。”崔光磊说。


在韩国,三星SDI也专注于硫化物全固态电池。2020年三月,三星SDI在NatureEnergy上发表了60℃下1000多次循环的硫化物全固态电池,用银碳复合的无锂负极材料,这是目前公开数据中最好的硫化物全固态电池。


不过,LG化学、三星SDI和SKI则联手开发基于无机固态电解质的固态电池,并成立了专门的研发基金,打造下一代电池产业生态系统。现代公司投资材料技术公司Ionic-Materials来布局固态电池,并通过南阳研发中心旗下的电池研发团队进行固态电池的研发,目前已达到一定的技术水平,预计2025年可实现固态电池量产。


美国也把重点放在了硫化物固态电池研发上,设立了battery500项目给予支持,包括硫化物先进设计、电芯设计等。在美国,重要是初创公司进行固态电池研发,比较著名的公司有Cymbet、QuantumScape、SolidPower、Polyplus、24M、Sakti3等公司。


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