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固态电池,锂离子电池的终结者还是陪跑者?

发布日期:2021-11-04 13:21浏览次数:2647


 为了进一步提升性能和安全性,电池厂商和汽车OEM都全力投入锂离子电池的开发中。但面对2025年400Wh/kg和2030年500Wh/kg的能量密度目标,单靠锂离子电池的突破似乎难以实现,反倒是这些厂商布局固态电池、公布相关专利的消息时有传出。

 

固态电池,动力电池的下一个爆点?

 

著名韩国电池制造商SK Innovation近期向美国固态电池公司Solid Power投资了3000万美元,由后者授权专利科技,双方合作开发车规固态电池。现代和起亚不久前宣布,与另一个美国固态电池开发商Factorial Energy达成战略合作,为现代集团开发和提供汽车固态电池。来自中国台湾的辉能科技也在近期完成了来自软银中国、春华资本等投资方的新一轮融资,这笔资金将用来加速固态电池生产设备的开发,也用于未来的产能扩张计划。

既然这么多大厂都已经开始出手了,那么固态电池真的可以终结锂离子电池创下的动力电池神话吗?还是说这又是一个多年后被抛弃的技术?。但既然他们有心烧钱投入研发,我们不妨来看下这些固态电池公司的技术与进展。

Solid Power

 

自从比亚迪做了刀片电池的针刺测试后,连固态电池厂商也纷纷跟进这套操作,证明其高安全性。作为福特和宝马投资的固态电池厂商,Solid Power将在2022年提供电池供福特和宝马两家车厂进行测试。虽然没有公布太多技术细节,不过Solid Power在今年10月份公布了一系列的测试数据,让我们一窥其固态电池的现阶段性能表现。

Solid Power固态电池 / Solid Power

在Solid Power固态电池针刺试验中,充满电的测试电池被刺穿,没有起火或爆炸的现象,仅仅只是温度略微升高而已,且记录的最高温度只有27℃,这正是硫化物固态电解质为这个高硅含量的固态电池带来的安全性能。



Solid Power固态电池寿命测试结果 / Solid Power

在45℃的1000次循环下,Solid Power固态电池仍有82%的容量。而在能量密度测试中,该电池可以做到350Wh/kg的堆叠能量比,且在750次循环下仍有80%的容量。快充测试记录的650次循环下,每五个周期就能做到2C的快充速率。

辉能科技

 

涉足电池开发15年的辉能科技以锂陶瓷固态电池闻名,该公司于2019年8月与蔚来汽车签订了战略合作协议,共同推动固态电池的开发MAB封装的固态电池。今年三月,辉能科技又和越南本土汽车品牌Vinfast在当地共同成立了合资公司,该公司将拥有辉能固态电池的优先采购权,支持Vinfast未来的固态电池汽车量产。

辉能科技为固态电池开发了多项专利技术,比如替代了可燃液体聚合物电解质的氧化物电解质。这种固态材料可以有效避免或延迟热失控效应,其极高的稳定性也确保了阳极与阴极材料被高效地利用,从而提高能量密度降低生产成本。



锂离子电池与辉能固态电池针刺对比试验 / 辉能科技

在安全方面,除了氧化物固态电解质固有的安全性之外,辉能科技还开发了主动安全机制这一专有技术。电池、模块和系统会主动停止,确保热失控和热扩散得到解决。辉能还在今年二月发布了与软包电池、圆柱电池、方形电池等传统锂离子电池的针刺测试对比试验,其中锂离子电池均出现了起火爆炸的现象,但固态电池并没有出现任何异状。



在这几大核心技术的帮助下,辉能的固态电池做到了优异的性能表现。根据辉能的固态电池性能发展规划,如今的产品在安全性和快充上已经确定了,在电池包能量密度、循环周期和低温表现上仍有优化的空间。目前辉能给出的能量密度为440-485Wh/L,支持5C快充,可以在12分钟内充至80%,循环寿命则是在1000次以上。

宁德时代

 

宁德时代也进行了多年的固态电池研发,但一直未曾透露过多消息。宁德时代曾在今年 1 月公开了两份关于固态电池的专利,分别为“一种固态电解质的制备方法”以及“一种硫化物固态电解质片及其制备方法”。这也证明了宁德时代同样计划使用硫化物作为固态电池材料,与此前透露的开发方向一致。

不过宁德时代对于固态电池的商用没有给出短期的目标,并表示宁德时代在固态电池研发方面深耕多年,在技术上处于第一梯队,已经可以做出固态电池原型样品,但是距离实现固态电池商业化还有很远的路要走。19年底,宁德时代更是声称具体的固态电池商业化产品要到2030年后才能交付。

量产的难题

 

大厂追捧的固态电池似乎前景一片光明,但质疑的人也不少。特斯拉前电池工程师Gene Berdichevsky称固态电池是一个“虚无的期望”,未来依然寄托在锂离子电池上,而特斯拉联合创始人和原CEO Martin Eberhard却对固态电池十分看好。那么现在的特斯拉为何没有在固态电池上行动,反而是继续推行4680电池呢?

松下在不久前展示了为特斯拉打造的4680电池,这款直径46毫米高度80毫米的电池比现用的1865和2170电池都要大。依照特斯拉和松下给出的数据,4680电池的容量是过去小型电池的五倍。尽管体积增加了,却也带来了成本和性能上的优势,4680电池可以将里程数再提高16%。

以4680锂离子电池为例,松下称明年三月可以开始试产,这才是特斯拉想要的确定性。不仅是以上专研固态的几家公司,全球排名靠前的电池厂家同样将固态电池视为2025年后的产物。比如同样投入固态电池研发的两家韩国企业,LG Chem预计固态电池将在2027年至2030年具备商业化规模,三星SDI也宣称其固态电池要在2027年才能开始量产。因此要想特斯拉等大厂全面拥抱固态电池,技术成熟度低带来的量产问题才是最严峻的挑战。