基于安全和能量密度上的优势,固态电池已成为未来锂电池发展的必经之路。从液态到全固态,电池技术革新的大幕即将拉开,下一代电池技术升级路如何走?固态电池是动力电池的下一个风口吗?

固态电池技术、智能装备与市场应用研讨会现场

固态电池技术、智能装备与市场应用研讨会现场

固态电池技术、智能装备与市场应用研讨会

固态电池技术、智能装备与市场应用研讨会与会代表合影留恋

电池百人会-电池网2月27日讯(陈语 峦水 图文直播)产能的迟钝与技术的困顿是阻碍新产品走向市场化推广的两座大山,考验着企业的生存能力。后补贴时代,作为全球新能源汽车及动力电池最大的产销市场,产能已不是桎梏,但面对终端消费市场高续航高安全的需求,现有液态锂电池材料体系,想要在保障高安全性能的前提下,实现350Wh/kg以上能量密度,几乎不可能。

基于安全和能量密度上的优势,固态电池已成为未来锂电池发展的必经之路。在此背景下,政府开始力推新型锂离子动力电池研发和产业化,鼓励企业加大投入研发固态电池等新型电池。国内外企业也开始聚焦固态电池,涉足固态电池研发,甚至开始商业化试水。

从液态到全固态,电池技术革新的大幕即将拉开,下一代电池技术升级路如何走?固态电池是动力电池的下一个风口吗?国内企业如何抢占固态电池技术专利先机?固态电池的核心材料及技术工艺瓶颈在哪?智能装备如何适应固态电池行业发展需要?固态电池的市场应用空间与潜力有多大?

2月27日,由电池网(微号:mybattery)、电池百人会(CBHA)、中关村新型电池技术创新联盟联合湖南省宁乡市人民政府、宁乡高新技术产业园区管理委员会、湖南省先进电池材料及电池产业技术创新战略联盟共同举办的固态电池技术、智能装备与市场应用研讨会顺利召开,来自产学研各界的精英新年首聚湖南宁乡,怀着对新电池技术的美好期待,共议固态电池专利掌控、技术瓶颈、配套装备、市场应用等,探索下一代电池技术前行之路。

锂电池未来发展必经之路

宁乡高新区党委工委副书记、管委会主任苏继桃主持上半场会议

宁乡高新区党委工委副书记、管委会主任苏继桃主持上半场会议

中关村新型电池技术创新联盟秘书长、电池“达沃斯”组委会秘书长于清教

中关村新型电池技术创新联盟秘书长、电池“达沃斯”组委会秘书长于清教开场致辞

中关村新型电池技术创新联盟秘书长、电池“达沃斯”组委会秘书长于清教研讨会开场致辞时表示,“本次研讨会举办地——宁乡政府有一支热情、敢于当担、具有正能量、执行力强的团队,一直保持着对新技术的敏感性和行动力,并且新能源电池产业集聚效应已形成。2016年第4届中国(湖南·宁乡)锂电新能源产业国际高峰论坛就在宁乡高新区举办,三年后再次来到宁乡,在此召开固态电池技术研讨会,可谓天时地利人和!”

宁乡市市长付旭明

宁乡市市长付旭明

宁乡市市长付旭明补充说,宁乡高新区已经形成了完整的锂电产业链闭环,全面覆盖了上游矿产资源加工、正负极材料、电解液、隔膜材料及锂电设备制造,中游锂离子电池,下游数码产品、基站电源、航空航天器件、新能源汽车和下游锂电池回收等。

宁乡高新区党工委委员、管委会副主任刘颖

宁乡高新区党工委委员、管委会副主任刘颖

宁乡高新区党工委委员、管委会副主任刘颖介绍,宁乡高新区正在打造中国(金洲)锂电谷,规划到2025年建成总规模10万吨三元前驱体、10万吨正极材料、30Gwh动力电池、10亿平方米的电池隔膜材料,总产值1000亿元以上的储能材料产业。

中国科学院电工研究所多学科交叉研究中心储能技术研究组组长/研究员陈永翀

中国科学院电工研究所多学科交叉研究中心储能技术研究组组长/研究员陈永翀

“仅仅通过外部灭火装置进行储能锂电池的安全保护,是远远不够的,未来必须开发颠覆性的电池结构技术和安全维护技术,从电池内部彻底解决电池的安全问题,确保储能电池的安全运输和储能电站的安全运行。”中国科学院电工研究所多学科交叉研究中心储能技术研究组组长/研究员陈永翀表示,有机系锂离子电池的安全性问题较为突出,目前总体而言处于安全及格线上下的水平,有待技术突破;固态电池不含易燃的电解液,因此具有极高的安全性,在未来实现量产后有可能会首先应用到高安全要求的某些特殊场景。

北京大学新能源材料与技术实验室主任/博士生导师/国务院特殊津贴专家其鲁

北京大学新能源材料与技术实验室主任/博士生导师/国务院特殊津贴专家其鲁

“从液体过渡到固体,电解质的物理性能还需要改善,什么时候能进入全固体电池时代?我想可能3-5年,也可能5-8年,但可以肯定的是,固体电池时代一定会到来。”北京大学新能源材料与技术实验室主任/博士生导师/国务院特殊津贴专家其鲁建议,“中国锂电池的研发及制造业应该高度关注下一代锂电池技术导致的的锂电池无隔膜、无电解液、无碳负极等问题。”

合肥工业大学二级教授、博士生导师、化学与化工学院副院长张卫新

合肥工业大学二级教授、博士生导师、化学与化工学院副院长张卫新

在合肥工业大学二级教授、博士生导师、化学与化工学院副院长张卫新看来,针对新型化学储能技术领域对高安全性、长寿命锂二次电池的发展需求,发展大容量全固态锂电池前沿技术刻不容缓。电解质材料是全固态锂离子电池技术的核心,电解质材料很大程度上决定了固态锂电池的各项性能参数,如功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能以及使用寿命。全固态锂离子电池相对于传统的锂离子电池最明显的变化是其电解质由原来的电解液变为了固态的电解质,使得电池体积大大降低,能量密度也得到提升。

中国国际金融股份有限公司研究部副总经理李璇

中国国际金融股份有限公司研究部副总经理李璇

中国国际金融股份有限公司研究部副总经理李璇表示,固态电池是广泛认可的下一代电池技术,目标是解决新能源车对安全性与长续航的需求。全球新能源车市场高速发展对电池安全性、能量密度提出更高要求,《节能与新能源汽车技术路线图》提出2025年发展全固态锂电池技术、2025和2030年电池单体能量密度分别达到400和500wh/kg的目标,比现有电解液锂电池的能量密度提升66%,且固态电池不会发生热失控,安全性能更好。

2021或将成为固态电池元年

汽车创始人、清华学堂讲师、工信部培训中心汽车专家张翔

翔说汽车创始人、清华学堂讲师、工信部培训中心汽车专家张翔

“日本是固态电池领域的第一集团军,中国、韩国、 美国在固态电池领域的研发同处于第二梯队,美国主要以初创公司为主。”翔说汽车创始人、清华学堂讲师、工信部培训中心汽车专家张翔介绍了固态电池的市场格局,他表示, 日本拥有固态电池专利916件,占比接近一半,领先优势明显;美国和中国分别以398件和362件的专利数位居第二、第三。同样,在全固态电池专利方面,日本也具有明显的优势:丰田拥有固态电池专利252件,数量远超其他车企与电池企业;同时,日本其他消费电子及汽车零部件企业如富士、村田制造所、松下也在固态电池领域有广泛布局。中国的固态电池研发则以高校科研院所为主,在固体锂电池方面论文数量占据第一位。国内在进行固态锂电开发的企业包括CATL、赣锋锂业、珈伟股份、江苏清陶能源、台湾辉能、中航锂电、比亚迪、万向、威马汽车等。

北京卫蓝新能源科技有限公司资深工程师李久铭

北京卫蓝新能源科技有限公司资深工程师李久铭

中国自1965年就开始研究全固态电池,新一轮固态电池研发热潮从2011年开始,但在北京卫蓝新能源科技有限公司资深工程师李久铭看来,“混合固液电解质电池及全固态电池的研发需要原创的系列解决方案,难度不低于液态锂离子电池,并非短期内能迅速突破,需要扎实持续的基础研发,目前还没有企业展示兼具高能量密度、高安全性的大容量全固态动力锂电池。”

值得注意的是,今年1月份,新造车势力福建天际汽车制造有限公司已展出国内首款以固态电池作为动力来源的新能源样车——天际ME7,并表示固态电池将于2021年批量生产并装车上市。

福建天际汽车制造有限公司副总裁姜辛

福建天际汽车制造有限公司副总裁姜辛

天际汽车副总裁姜辛在本次研讨会上预计,2019年将是固态电池起步年,满足车用技术要求的固态电池小批量面世,部分技术领先主机厂会率先搭载应用研究;2021年将成为固态电池元年,固态电池比能量达到290Wh/kg,接近高镍三元体系,但安全性非常好,即2021年会开始小批量应用;2021-2025年则进入市场培育期,电池能量密度从300Wh/kg达到400Wh/kg,届时普通的纯电动轿车的里程达到300-500公里,这期间固态电池会获得一部分车用电池市场;2030年有望步入市场成熟期,预计固态电池大规模产业化,单体电池比能量有望冲击500Wh/Kg,常规的性价比车型应该可以达到500公里以上。

固态电池技术难题待解

但是,全固态锂离子电池目前也面临着挑战,包括离子电导率低、界面阻抗大、制备成本高等。

浙江长兴中俄新能源材料技术研究院院长王庆生

浙江长兴中俄新能源材料技术研究院院长王庆生

浙江长兴中俄新能源材料技术研究院院长王庆生具体介绍说,固态电池目前拥有很多的技术体系,包括硫化物、氧化物、薄膜以及固态聚合物,但在密度领先的优势下,都存在一些需要解决的问题:薄膜和固态聚合物技术有“高成本”和“低导电率”两个致命问题;氧化物本身很稳定导致“脆性”很高,对生产的要求也就更高,同时导电性也并不具备优势;丰田一直是专注于硫化物固态电池技术的开发,但硫化物本身活性很高,与空气混合能形成爆炸性混合物,遇明火、高热能引起燃烧爆炸。“因此,全固态电池离产业化还存在很大的距离。”王庆生建议,可以多研究准固态电池(固液混合电解质),解决阻抗、热稳定性等问题。

太原理工大学副教授、山西省新能源材料与技术重点实验室成员张鼎

太原理工大学副教授、山西省新能源材料与技术重点实验室成员张鼎

太原理工大学副教授、山西省新能源材料与技术重点实验室成员张鼎认为固态电池存在问题主要是电极与固体电解质接触界面存在其他类型的离子扩散(Co、S、P等)。此外,电极与电解质之间存在化学势的差异影响了Li+迁移行为,空间电荷层的形成进一步阻碍了离子传递。

对此,张鼎提出了优化电极和固体电解质界面的方法:一是氧化物(离子导体、电子绝缘)包覆 :如利用Li4Ti5O12、LiNbO3、Al2O3、Li3PO4、BaTiO3 纳米颗粒等作为LiCoO2的包覆层及其与固体电解质的缓冲层。二是降低活性材料粒径,或引入粘结剂辅助界面接触。

中南大学化学化工学院教授/化学电源与材料研究所副所长刘洪涛

中南大学化学化工学院教授/化学电源与材料研究所副所长刘洪涛

中南大学化学化工学院教授/化学电源与材料研究所副所长刘洪涛建议,可以从以下几个方面来改善固态电池性能:构筑具有更多相邻四面体骨架结构的锂离子通道、在不破坏结构的基础上适当增加配体组成离子的半径以降低锂离子迁移活化能、优化组成元素比例或部分元素取代可使电导率发生数量级变化、利用柔性固体聚合物电解质填充正极/电解质界面空隙等。

固态电池技术、智能装备与市场应用研讨会讨论环节

固态电池技术、智能装备与市场应用研讨会讨论环节

固态电池市场会以怎样的方式点燃?我们拭目以待!

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