固态电池遭遇全球难产 锂电“圣杯”恐怕只是一场梦

固态电池遭遇全球难产锂电“圣杯”恐怕只是一场梦仿佛谁能率先造出固态电池并实现其大规模商业化,谁就将获得锂电技术的“圣杯”,成为能量魔方的解密者,和全球新能源行业的霸主。正是在这样的背景下,全球新能源从业者、分析师和投资人们都开始疯狂追逐这一方向。以QuantumScape、SolidPower等为代表的美国创业公司,丰田、日产、松下等日本汽车和化工巨头,以及一些中国电化学材料方面的企业,纷纷加入了领域内的较量。QuantumScape(简称QS)是其中的代表性企业,其背后的投资者也是阵容强大,包括大众汽车集团和比尔·盖茨。QS也不负众望,在2020年上市前,QS已经验证了他们的单层电池在室温加压的情况下,以1C的速率充放电循环1000次后还可以保持初始储能量的90%。同时QS宣布他们已与大众合作启动生产线的建设,预计在2025年可投产。这直接把QS的股价推高了10倍。然而,狂欢之后,越来越多的人提出质疑,毕竟单层电池距离实际应用还非常遥远,即便技术问题解决了,能否商用化也成问题。QuantumScape采用的无机氧化物固态电解质层,重量是传统锂电隔膜的10倍以上,由于固态电解质离子电导率低,影响了放电倍率和低温工况下的性能。该公司不得不在电池正极侧添加不少于20%质量的氧化物提供离子电导。这些非活性物质的增加,使得电池的能量密度降低,有行业资深专家告诉品驾,QuantumScape电池能量密度难以超过350Wh/kg,无法和主流传统锂电高端产品水平拉开差距,想要达到固态电池理论能量密度的峰值水平,更是难上加难。事实上,人们认为固态电池是因为固态带来的高能量密度是完全错误的。真正提升电池能量密度的关键在于使用硅或者锂金属负极。这两种负极也正用于液态电池,以提升能量密度。另一方面,固态电池的更高安全级别同样经不起推敲。人们普遍认为,固态电解质绝缘性好,不可燃、不挥发,即便发生了形变,也不会导致电解质外漏,但物理性能的安全只是电池安全的一个侧面,其他任何一个侧面的高危都可能让固态等于不安全。美国能源部的一项研究发现,全固态电池在因为锂枝晶引发短路的温度比传统锂离子电池更高,而热量的释放可能会通过易燃包装或者附近的其他材料而起火;并且当固态电解质层因为各种原因而完整性受损的时候,反应更是会释放巨大的热量。有趣的是,QuantumScape公司的万圣节活动上,连续很多年都会有人假扮成一个锂枝晶形状的怪物。更值得人们关注的是,QuantumScape采用的氧化物片电解质硬度太高,不得不增加凝胶电解质来改善界面,而这样做将会降低固态电池的本征安全性。尤其是其氧化物片由于金属锂沉积的临界电流密度很小,在未来使用中将很容易发生短路。QuantumScape在去年年底也对电池安全含糊其辞,当时该公司勉强造出了首批原型固态电池并交付给汽车客户,创始人、CEO兼董事长JagdeepSingh提到这批电池产品的可靠性方面“仍有很大提升空间”。不仅如此,量产也仍有许多问题没有解决。虽然氧化物基电解质这种材料在空气中具有更好的稳定性,但对制造工艺要求很高,需要800摄氏度以上的高温烧结才可以致密成型,对于大尺寸、超薄和无缺陷的陶瓷制备工艺有着极高的要求,对电池规模化制造带来了更大的挑战。在生产环境和原材料纯度方面,全固态电池的要求更是比传统锂电更高。批量生产大尺寸的电解质薄膜可能存在困难,因此全固态电池的量产初期或只能小规模生产,用于一些对于成本容忍度更高的领域。韩国新能源研究机构SNE报告指出,即便到了量产阶段,全固态电池的成本至少也是锂离子电池的两倍,跟新能源汽车行业追求的“降本”背道而驰。固态电池的狂欢盛宴里,最聪明的资本最先冷静下来。同样在去年底,摩根士丹利分析师AdamJonas发布研报,将QS评级从“持股观望”下调至“减持”,并将目标价从12美元下调至仅4美元,创华尔街新低。原因包括规模化和获得整车厂认可的时间线的不确定性,以及公司面临更困难的融资环境。AdamJonas表示,虽然固态电池可能仍然代表着能源存储的未来,但事实证明,实现这一目标的道路比我们和市场预期的更困难,也更遥远。由于市值也不断脱水,股价从高位的132美元跌至今天的7美元,QS公司也开始裁员,似乎进入了Gartner技术成熟度曲线的“泡沫破裂谷底期”。结果,环绕在这匹曾经的黑马周围的泡沫,开始崩塌。在QS仍然在技术和资本的双难中苦苦挣扎的同时,美国新能源汽车品牌菲斯克已经宣布放弃研发固态电池的计划,转而推出搭载液态锂离子电池的普通电动车。许多人或许还记得2018年,该公司就表示将在数月之内量产固态电池。如今该公司创始人只能用这样的解释来掩盖当初的尴尬,“固态电池是一种这样的技术,当你觉得你已经完成了90%,几乎达到目标时,然后你意识到剩下的10%比前面的90%困难得多。”丰田的固态电池故事里跳票是个关键词。在新能源方面一直押注油电混动路线,导致纯电技术落后的丰田,一直希望通过提早布局固态电池技术进行超车。其布局固态电池最早可以追溯到2008年,当时该公司宣布和英国创业公司伊利卡(Ilika)合作共同研发固态电池材料。10年过去了,丰田在固态电池上的合作伙伴少说也有了七八家,甚至连这方面的专利都已经累积到了1300多项,数量遥遥领先,是排名2-5的四家日韩企业的相加之和。可惜的是,从技术落地到量产的难度不亚于一次西天取经。在前年一场名为“2030电池战略会”的活动上,丰田表示在高能量密度的全固态电池方面研发进展不乐观,在合适的硫化物电解质材料这一关键课题上一直未能破局。图片来源:丰田在技术困难无法攻克的背景下,丰田不得不一再推迟全固态产品的量产,其2019年就表示,将在2020年东京奥运会时推出一款搭载固态电池的新能源车型。然而即便奥运会推迟了一年,给了丰田更多的时间,消费者仍然未能等到固态电池搭载车型。同时在商业化方面选了一条令人扶额的路线:将固态电池技术优先投放混动汽车产品,而非面向纯电车型一步到位。考虑到电动化,特别是纯电化在中国已经形成了不可阻挡的趋势,燃油车的黄昏壮丽,纯电车型的曙光刺眼,让非增程混动车型的市场前景一片黯淡。加之丰田本身的车辆技术迭代周期太长,普遍达到4-5年;其唯一的一辆纯电车型bZ4X初战告捷,又遭遇大规模召回(尽管是非电池原因),在前几天终于官宣项目彻底停产。丰田的决策,再次令人感受到了这家日本汽车巨头在新能源时代的无所适从,尽管丰田表示要在2025年前推出固态电池。但“狼来了的故事”使人不得不降低对其在固态电池技术上的预期。留给丰田兑现承诺的时间或许已经不多,在刚刚过去的上海车展宁德时代已经发布了凝聚态电池,最高500Wh/kg的高比能、高安全,关键在今年就可量产。因此更大的可能是,凝聚态装车后,固态电池或许将彻底失去商业化的可能性。如今固态电池这个曾被万众期待的终极电池技术,已经难再撑得起燃油车“终结者”、锂电“圣杯”的名号。它看起来越来越像一群人在错误的技术路线上,共同做了一场梦。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358127.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1358127.htm

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固态电池,小心被“玩”坏

固态电池,小心被“玩”坏来源/镜观台拍摄海外市场方面,丰田计划2027年实现全固态电池装车;韩国SKOn正在开发高分子氧化物复合和硫化物两种固态电池,目标是到2026年生产出原型产品,2028年实现商业化;三星SDI正在开发一种没有负极的固态电池,预计将于2027年量产。固态电池的消息满天飞,动力电池的霸主宁德时代也不得不出来发声。宁德时代首席科学家吴凯表示,全固态电池的成熟度指标,若用1-9数字表示,宁德时代目前的成熟度在4的水平,目标到2027年到7-8的水平。简言之,宁德时代的固态电池离量产还尚早。在全固态电池研发方面已有十多年的积累,且有近千人研发团队的宁德时代尚且如此,近一两年量产,甚至宣称已经搭载上车的固态电池,其成色问题就值得商榷了。固态电池虽好,经不起“恶搞”新能源汽车行业发展离不开动力电池,目前的动力电池无论是三元锂电池还是磷酸铁锂,虽然在整车安全、续航里程等方面还在进步,但一定程度上在技术上已经很难有大的突破了。随着锂离子电池成本优化接近极限,新能源汽车产业正迫切寻求技术革新以突破现有瓶颈。固态电池作为下一代电池技术的明星产品,凭借其在安全、能量密度及循环寿命方面的显著优势,被视为推动电动汽车发展的新引擎。所谓固态电池,顾名思义,是和液态电池相对应的,是一种使用固态电极和固态电解质的电池。目前市面上主要的锂离子电池内置是含有液态电解质的。传统液态电池由正极、负极、电解液、隔膜四大部分组成。固态电池用固态电解质替换传统液态电解液和隔膜。固态电池的核心特征就在于使用固态电解质,这也是实现固态电池高能量密度、高循环稳定性、高安全性的关键。其工作机理与传统锂电池一致,依靠锂离子在正极和负极之间往返移动,进行化学能和电能之间的转换与储存。根据液态电解质的含量逐步下降,固态电池发展路径可分为:半固态电池、准固态电池和全固态电池。这也就给了一些车企在宣传上提供了“便利”,第一家、第一款、第一代的修饰语层出不穷。腾势汽车总经理兼首席共创官赵长江也忍不住在微博吐槽“就是在玩文字游戏”。中科院院士、清华大学教授欧阳明高也认为,中国在全固态电池领域的研发,目前来看认识还不统一。显然,过度炒作对固态电池的发展极为不利。事实上,作为全固态电池的过渡方案,半固态电池在性能上已大幅提升,安全性较好、能量密度较高、循环寿命更长、工作温度范围更宽、耐挤压、耐震动等。但从制造工艺来说,半固态电池基本可沿用现有液态电池的制造工艺,生产难度远远小于全固态。液态变固态,换“汤”也换“药”但液态电池要直接升级为固态电池,就需要“改头换面”了。如果把动力电池比作汤药,那电解质可以说是“汤”,正负电极和隔膜可说成是“药”。从液态电池到固态电池,不光是把“汤”换了,液态电解质变成固态,“药”也逐步换了。基于目前固态电池的发展历程,还可以将固态电池的发展分为三个阶段:第一阶段:将传统的电解液换成固态电解质,正负极和传统用的是一样,均采用负极石墨和正极三元锂或磷酸铁锂;第二阶段:更换负极材料,取消掉负极的石墨或硅,使用金属锂来提升能量密度;正极不变,采用磷酸铁锂或者三元材料。第三阶段:正负极都换,负极用金属锂,正极就可以换成不含锂的高能量的材料。如此来看,第一阶段换的就是“汤”,第二三阶段就是把“药”也换掉了。换“汤”比较好理解,固体电解质相对于电解液,电化学范围更广(电压更广),电解质不参与化学反应,让锂离子通过。因此,可以选择容量更大的正极材料,或者选择电压差更大的正负极材料,从而提高能量密度。那为什么要把作为“药”的正负极也更新换代呢?按照目前提高电池能量密度的手段,在正极端不断地提高镍的含量虽然可以提升电池能量密度,但是高镍电池对电池的稳定性要求具备更高的电池管理基础。因此,三元锂短期内要突破一个量级还是有一定的挑战。未来,可能也只有固态电池会将电池能量密度提升一个量级。太蓝新能源就在近日宣布成功制备出世界首块车规级单体容量120Ah,实测能量密度达到720Wh/kg的超高能量密度体型化全固态锂金属电池。作为对比,目前磷酸铁锂电池的能量密度为160-180wh/kg左右,三元锂在150-250Wh/kg之间。另外,固态电池凭借自身较高的机械强度在运用的过程中可以抑制电池循环使用之中的锂枝晶的刺穿,使锂金属负极的应用不再是梦想。把电极换为金属锂,其比容高,电压大,避免了液态电池用金属锂作负极会因多次充放电粉化、枝晶生长,导致循环性差,甚至枝晶刺穿薄膜,引起短路的风险。固态想上位,至少还需20年?这些显然就是固态电池大受欢迎的原因所在。高安全性一定是固态电池的首要优势。根据有关数据,新能源汽车起火事故原因中,电池自燃占比31%。相较之下,固态电解质不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发、不漏液,同时具有一定机械强度,安全性更好;半固态电解质中液体占比也小于10%,可燃性大大降低。五一假期发生的多起新能源车燃烧事件,更让消费者期待固态电池的到来。同时,固态电池拥有更高能量密度和较小体积。固态电池电化学窗口宽,能承受更高电压(5V以上),材料选择范围广。因此,可通过采用高比容量的正极、负极材料,使能量密度达到500Wh/kg甚至更高,远超液态350Wh/kg理论极限。而固态电解质取代隔膜和电解液,正负极之间的距离可以缩短到只有几到十几个微米,从而大幅降低电池厚度。因此,同样电量情况下,固态电池体积更小。另外,固态电池还具备宽温区运行的优势。电动车在冬季续航里程之所以下滑明显,主要在于液态电解质在冬季低温环境下流动性下降。而固态电解质可以在-30℃至100℃的更广泛温度范围内稳定工作。当然,固态电池也并非完美无缺,目前来看还是有很多缺点存在的。比如:与液态电解质相比,固态电解质与电极材料之间的接触面积较小,导致离子传输速度较慢,影响了电池的充电和放电效率;界面电阻太大,使得快充过程中的能量损耗增加,快充效率受限;固态电池的充放电循环次数有限,循环寿命较短;生产技术尚不成熟,工艺复杂,生产效率低,导致其成本远高于液态电池。这些显然都是固态电池全面商业化必须面对的挑战。欧阳明高就表示,全固态电池是公认的下一代电池的首选方案之一,也是下一代电池技术竞争的关键制高点,但是也要注意防范激进技术路线带来的颠覆性风险。“液态电池的应用周期至少还有20年。固态电池要想替代液态锂离子电池50%的市场份额,至少需要20至30年。”欧阳明高如是说。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430090.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1430090.htm

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海目星:已在固态电池领域进行长期研发 准固态电池已形成交货和量产

海目星:已在固态电池领域进行长期研发准固态电池已形成交货和量产海目星在互动平台表示,公司在固态电池领域已进行了长期的研发工作,涉及半固态、准固态到全固态电池的三个基础技术路线。目前形成交货和量产的是准固态电池,电解液含量低于10%,该技术路线已有中试产线进行量产,已经得到了行业的认可和客户的使用,能量密度超过480瓦时/公斤,循环次数超过400次,据客户反馈,我们是目前行业里唯一一条达到480瓦时/公斤的产线。公司的技术路线采用氧化物固态电解质和金属锂作为负极。目前客户对于公司合作开发的设备很满意,并且后期不排除在公司生产基地附近建厂。

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固态电池研发之难 连宁王都连声叫苦

固态电池研发之难连宁王都连声叫苦近年来,随着海内外多家企业接连给出固态电池的量产时间点,业内对固态电池走向落地应用的期望值有所提升,二级市场也纷纷作出反应,与固态电池相关的概念股今年接连涨停。为何行业与资本市场对此纷纷看好这项技术?作为动力电池的新形态,其是否会替代目前主流的三元锂电池和磷酸铁锂电池?动力电池的“终极路线”所谓固态电池,简单理解即一种使用固体电极和固体电解质的电池。现有的动力锂电池材料体系包含碳/硅负极、多孔隔膜以及液体电解质,通过锂离子的移动而产生电流。而全固态电池是一个完全致密的状态,采用固态电解质和固态隔膜,碳/硅负极改为金属锂负极,充电时,锂金属会沉积在负极上,在放电的过程中溶解。基于这种材料体系的转变,固态电池有着液态电池无法企及的优势。例如,固态电池更为稳定,不易泄漏、不易燃烧,大大降低了电池起火爆炸的风险,安全性更高。另外,由于能量密度更高,可达到400Wh/kg以上(作为对比,磷酸铁锂电池的能量密度一般在100Wh/kg~180Wh/kg,三元锂电池的能量密度通常在150Wh/kg~250Wh/kg),其在性能表现上也优于液态电池,充电速度更快(最高可超过10C)、续航里程更长。同时,全固态电池的电解质在-30°C和100°C的范围内都不会凝固,不会气化,这意味着冬天在寒冷地区不用担心续航问题,也不需要很复杂的热管理。这也就不难理解为何固态电池备受业界推崇,成为海内外车企争相布局的领域。从全球厂商的研发路径来看,固态电池主要有聚合物、氧化物和硫化物三种研发路线。不过,目前尚未有任何一种技术路径为绝对性方向,而是都处在探索阶段。“无论是聚合物、氧化物还是硫化物,目前很难有一种电池的所有性能都比别的电池有优势,而是各有优缺点。”广汽研发人员告诉虎嗅汽车。在广汽看来,未来固态电池的终极形态会是多元的复合体系,于是广汽全固态电池基于两条路线并行推进开发——一个是以硫化物为主的复合体系,另一个是聚合物为主的复合体系。宁德时代同样认为没有一种固态电解质是十全十美的,其更为看好硫化物技术路线,认为其能够更快走向量产。同样在硫化物全固态电池领域布局的还有丰田,但双方在硫化物空气稳定性和制造工艺上采用了不同的策略。全球各家厂商都希望攻克全固态电池,但目前尚未有真正实现量产攻坚的玩家。需要指出的是,虽然近年来行业内有部分车企宣称用上了固态电池,但实际上是半固态电池,而非并非真正的固态电池形态。“根据行业内规则,一般是按液态电解质占电芯的比重来分:液态(25wt%)、半固态(5—10wt%)、准固态(0—5wt%)和全固态(0wt%)。”广汽研发人员告诉虎嗅汽车,“不管是液态电池还是半固态电池,只要电池内部存在电解液,一旦破损泄漏都会有短路起火的风险,与当前常规液态锂离子电池并无本质差异。”固态电池,可望不可及固态电池百般好,但无奈这是块“饼”。较早一批从事固态电池研发的厂商已经在这条赛道上走了十多年,丰田从2012年开始布局研发,宁德时代也差不多在这一时期启动研究,但都没能将固态电池推到量产阶段。从国内外车企透露的量产时间点来看,固态电池的产业化时间大概在 2027-2030年。需要厘清的是,“上车不等于大规模量产”,推出产品形态到大规模量产落地之间还存在多方面的技术攻坚。“五年后肯定会有固态电池的车出来,再过三五年会大面积铺开。”吉利研究院专家告诉虎嗅汽车,但考虑到目前各家车企对固态电池的重视程度以及技术快速推进,量产时间可能提前。固态电池研发之难,连宁王都连声叫苦。曾毓群曾在公开场合表示,“宁德时代已经在这方面投资了10年,固态电池只有在使用新型化学材料、负极电极使用纯锂金属的情况下才会有很大优势,要将这种电池推向市场还有很多困难。”首先是电解质材料选择上,以相对主流的硫化物固态电解质需要的硫化锂为例,后者化学性质不稳定,与空气、水反应都会生成有毒化合物,生产环境控制要求严苛,量产困难,由于与目前的电池材料体系差别巨大,固态电池缺乏成熟的材料供应商。在正负极材料上,由于硅/碳负极体积易膨胀大不适用于固态电池,固态电池的正负极材料通常会选择一些能提高能量密度的金属,而锂金属负极现在还不成熟。在界面工程与稳定性上,固态电池中的电解质与正负极之间的界面问题也是一大挑战。由于采用固体电极和固体电解质,其有效接触能力较弱,会造成影响电池性能的界面阻抗。另外,由于固体电解质导电率差、采用锂金属易发生枝晶生长存在安全风险等问题,这些亟待攻关的技术难点。再者,对于量产和普及来说,全固态电池还面临着成本的问题,包括材料成本和制造成本。据中邮证券测算,目前固态电池较液态电池成本高出30%以上。材料层面,固态电解质目前仍难以做到轻薄化,用到的部分稀有金属原材料价格较高,叠加为高能量密度使用的高活性正负极材料尚未成熟,固态电解质和正负极成本都不低。在生产层面,固态电池的生产工艺相对复杂,成本也较高。可以预见,全固态电池短期内难以实现大规模的商业化。从理论层面来看,固态电池比液态电池有着多方面的优势,但这项被称为“动力电池领域的珠穆朗玛峰”的技术还仅是将来时形态,即使在三五年内能够有技术突破,但要形成替代,还需突破成本关口。从产业态度来看,未来10年无疑是全固态电池研发的关键机遇期。但对于一项新兴技术,更重要的是聚焦于技术层面的攻坚,而不是虚炒营销概念,将其作为宣传和推起资本热度的手段。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433557.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1433557.htm

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超强全固态锂电池电解质问世 12分钟快充下可稳定循环超2000周期

超强全固态锂电池电解质问世12分钟快充下可稳定循环超2000周期马骋曾介绍,固态锂电池中的固态电解质,可以杜绝液态电解质带来的“易燃易爆”与漏液等问题,实现安全储能。固态电解质是固态锂电池最核心的部件,但其生产成本和综合性能往往不可兼得,难以满足商业化需求。“虽然固态锂电池具有更高安全性,但其核心部件——固态电解质的原材料成本大多非常高,并且相当一部分性能很好的固态电解质对湿度的稳定性不佳,需要在露点不超过零下40摄氏度的环境下制备和储存,极大增加了生产成本。”马骋坦言,这为全固态电池的商业化带来巨大挑战。超强全固态锂电池电解质问世据安徽日报报道,为了满足实际应用的需求,全固态锂电池的固态电解质至少需要同时具备三个条件:高离子电导率——室温下超过1毫西门子每厘米,良好的可变形性——250至350兆帕下实现90%以上致密,以及足够低廉的成本——低于50美元每公斤。但是,目前被广泛研究的氧化物、硫化物、氯化物固态电解质都无法同时满足这些条件。此次研究中,马骋不再聚焦于上述氧化物、硫化物、氯化物中的任何一种,而是转向氧氯化物,设计并合成了一种新型固态电解质——氧氯化锆锂。这种材料具有很强的成本优势。如果以水合氢氧化锂、氯化锂、氯化锆进行合成,它的原材料成本仅为11.6美元每公斤,很好地满足了上述50美元每公斤的要求。而如果以水合氧氯化锆、氯化锂、氯化锆进行合成,氧氯化锆锂的成本可以进一步降低到约7美元每公斤,远低于目前最具成本优势的固态电解质氯化锆锂(10.78美元每公斤),并且不到硫化物和稀土基、铟基氯化物固态电解质的4%。在具备极强成本优势的同时,氧氯化锆锂的综合性能与目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相当。它的室温离子电导率高达2.42毫西门子每厘米,超过了应用所需要的1毫西门子每厘米,并且在目前报道的各类固态电解质中位居前列。与此同时,它良好的可变形性使材料在300兆帕压力下能达到94.2%致密,可以很好地满足应用需求,也优于以易变形性著称的硫化物、氯化物固态电解质。实验证明,由氧氯化锆锂和高镍三元正极组成的全固态锂电池展示了极为优异的性能:在12分钟快速充电的条件下,该电池仍然成功地在室温稳定循环2000周期以上。目前,中国也有多家电池企业、整车企业以及科研院所等,纷纷布局固态电池产业链上下游。但基于全固态电池的技术难度和高成本,中国企业大部分采取从半固态再到固态的渐进式研发路线,目前公布进展多集中在半固态电池上。日本全固态电池获得新突破在固态锂电池产业化道路上,日企较为激进。今年6月初,丰田宣布固态电池商业化的最新规划,最早到2027年,丰田就将向市场投放搭载固态电池的电动汽车,充电不到10分钟即可行驶约1200公里。日产计划在2028年推出首款搭载固态电池的量产车型;本田规划在2024年启用固态电池的实验生产线,所生产的电池将用于2020年代后半期推出的车型,该生产线的投资将达到430亿日元(约合21亿元人民币)。据界面新闻7月16日报道,近日,日本东京工业大学特聘教授菅野了次等人组成的研究团队,成功提高了全固态电池的快速充电性能和容量。该研究通过新开发基础材料、重新研究制造工艺等方式得以实现,相关文章发表在美国《科学》杂志上。日本东京工业大的上述研究,利用高熵材料设计开发了一种高离子导电性的固体电解质,通过增加已知锂快离子导体的成分复杂性,使得锂离子电导率约为传统材料的2.3-3.8倍,从而能缩短电池充电时间。这意味着,影响电池充电性能的指标较当前传统电池相比最多可提高3.8倍,为目前全球最高水平。此外,研究团队改良了制造工艺,负极采用锂金属代替传统的石墨,使得正极容量按单位电极面积计算较当前提高1.8倍。试制的全固态电池每平方厘米电极的电池容量超过20毫安,这也是全球目前公布的最高水平。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371329.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1371329.htm

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苹果供应商TDK称固态电池取得突破日本TDK开发出了全固态电池用新材料。通过应用于在蓄电容量中非常重要的“电解质”,与以往产品相比,蓄电池的能量密度提高了100倍。预计将搭载于智能手表和助听器等小型设备,最早将于2025年实现样品供货。此次成功开发出了电解质的新材料。该公司表示,此次开发的属于氧化物类材料“更详细的信息没有公布”。通过新材料能提高能量密度这一点获得了确认。——、

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固态电池,终于迎来60亿的春风

固态电池,终于迎来60亿的春风顶层设计开足马力,相关企业获得的是真金白银的支持,目前这个消息已经得到多位知情人士确认。一旦落地,也将是政府部门首次对固态电池研发进行规模资金支持。中国已经成为全球新能源产业链最完整的国家,同时也是新能源车最大的市场,而业内共识则认为,固态电池是电动车下一阶段竞争的核心。此时国家队入场,一直处于炒作阶段的固态电池,可能真的要落地了。01一股春风吹来据《中国日报》报道称,国内打算投入大约60亿元推动全固态电池的研发,目的就是要推动固态电池的技术尽快从实验室走向市场。而具备这些条件的企业包括了宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝新能源和吉利这六大企业。有知情人士透露,这个项目一共分成七个子项目,聚焦聚合物和硫化物等不同的技术路线。有内部人士透露,目前已经开始了项目答辩。在业内主流观点中,全固态电池根据电解质不同,主要可划分为三个主要技术路线,其中之二就是聚合物电解质和硫化物电解质两种技术路线。聚合物电解质,主要是由基体和锂盐组成,基体为聚氧化乙烯等高分子聚合物,具备安全性高、重量轻、容量大等优点。而硫化物电解质主要分为晶态与玻璃态两类,离子电导率较高,但化学稳定性相对较弱。其实早在今年年初,国家就已经有支持固态电池发展的苗头了,2024年1月21日,在中科院院士欧阳明高的牵头下,“中国全固态电池产学研协同创新平台”在北京正式成立,同时举办“中国全固态电池创新发展高峰论坛”。这是一个致力于推进我国全固态电池学术及产业化发展的非法人组织,目的就是为了推进固态电池的协同研发。大会的参加者不仅有以宁德时代、比亚迪为首的多家主流电池厂商,还包括了工信部、科学技术部等一系列相关政府部门。在会上,中国化学与物理电源行业协会理事长郑宏宇也明确提出,“中国全固态电池产学研协同创新平台”的成立,既是中国锂电产业发展历程中重要一步,也是落实国家战略意图。而且在三个月前,工信部就《锂电池行业规范条件(2024年本)》修订征求意见,修订版对于储能电池要求没有变化,但新增了固态电池相关要求。首次明确了对于固态电池的标准,需要单体电池能量密度≥300Wh/kg,电池组能量密度≥260Wh/kg,循环寿命≥1000次且容量保持率≥80%。眼下,技术不断迭代,锂电池的容量、能量密度都已经接近极限,纯电动车的续航里程也逐渐摸到天花板,而固态电池已经成为行业下一个重点进化的方向。但值得注意的是,固态电池并不是近几年才开始研究的,时间甚至比现在的液态锂电池还要早,但是到今天为止,依然无法大规模商业化量产,可见其研发难度有多高。固态电池,顾名思义,是一种使用固体电极和固体电解质的电池。传统锂离子电池包括正极、负极、电解液、隔膜四大组成部分,但这种结构有非常大的缺点,那就是隔膜承担的保护作用,无法保证绝对的安全,有被电子击穿的风险,从而发生爆炸。液态电池为了保证安全性,电解液和隔膜这两个东西加起来的体积就占了电池的40%左右,极大地压缩了能量密度。但固态电池,不但可以把密度更大的固体电解质塞进去代替这两种东西,还可以让正负极之间的距离缩短到10微米左右。所以固态电池相比于传统液态电池具有高能量密度和更稳定的优点。02再让子弹飞一会固态电池很强,但确实需要时间孵化。作为纯电车领域“技术珠峰”,固态电池的技术阻碍不仅来自于材料体系的迭代升级,以及固-固接触问题,制造工艺的优化也有巨大挑战。比如其正极材料,高镍三元正极安全性差且易发生热失控问题,需要转向超高镍、富锂锰基等新材料。而且固态电池的电解质由液态转固态,因此三大主流技术路线的电解质问题仍没有找到最优解。目前固态电池的研发,主要集中在中日韩美欧五个国家和地区,整体仍处于研发和试验阶段,欧美地区更是寄希望于通过固态电池,改变现有动力和储能电池格局。仅从固态电池的技术来源和布局上看,日本仍处于领先的地位,中科院院士欧阳明高曾表示,从全球固态电池产业布局来看,中国的企业最多。其次是日本,日本企业虽然不多,但个个实力很强。截至2022年9月初,在全球固态电池领域的专利申请数量中,近45%来自日本,中国、美国、德国、韩国紧随其后。其中,丰田是在固态电池领域专利申请数量最多的企业,拥有全固态电池专利1300多项。而根据智慧芽全球专利库的数据,截止2023年10月,中国国内公司有关全固态电池的专利,不足100项。此外,全球固态电池专利数持有者第二、第三名也都是日本公司,前六名均被日本和韩国包揽。以日系车企为例,根据丰田去年发布的规划,最早到2027年,其向市场投放搭载全固态电池的电动汽车;日产则计划在2028年推出首款搭载全固态电池的量产车型;本田规划在2025年后推出全固态电池车型。韩国的研发以三大电池商为主,分别为LG新能源、SKOn、三星。三家电池商在全固态电池技术方面都有不少实质性的进展,尤其是三星,作为唯一在专利前五的非日系企业,三星计划在2027年前推出能量密度超过900Wh/kg的全固态电池,此类电池可能会首先用于电动汽车,然后用于智能手机、笔记本电脑、平板电脑等电子产品。而美国以初创电池企业为主,与车厂共同研发,例如SolidPower和宝马合作,QuantumScape和大众合作。从时间上看,产业化的时间基本都是在2027-2030年。虽然中国在锂电池的产业研发上起步较晚,但已经从追赶者变成了竞争者,固态电池产业自去年开始就取得了不少进展。去年6月,卫蓝新能源宣布将360Wh/kg半固态锂电池电芯正式交付蔚来汽车,去年底,蔚来创始人李斌直播实测了150kWh电池包行驶距离达1044公里。今年的4月份,自从智己发布首个量产上车的“超快充固态电池”智己L6以来,就像引爆了中国固态电池的引线,不少企业公布了研发进展或成果。广汽集团官宣实现了全固态电池能量密度达到400Wh/kg以上,较当前量产的液态锂离子电池体积能量密度提升52%以上,可以实现超1000公里续航,其全固态电池量产装车的时间点为2026年,将搭载于旗下昊铂车型。同样在4月份,宁德时代首席科学家吴凯在CIBF2024先进电池前沿技术研讨会上称,宁德时代计划在2027年小批量生产全固态电池,不过其并未披露全固态电池批量装车的时间表。长安汽车也表示,预计到2030年推出包括液态、半固态和固态在内的8款自研电芯。紧接着,上汽集团在一次新能源技术发布会上宣布,他们的全固态电池将采用聚合物-无机物复合电解质技术路线,并计划于2026年实现量产。这种全固态电池的能量密度预计超过400Wh/kg,体积能量密度超过820Wh/L,电池容量能超过75Ah。当然,技术上车是好事,但也应该看到差距,国家队下场就像给企业指明了方向,具体到市场和外国企业拼刺刀,还得看企业自身实力。至于能否在技术上实现突围,让子弹再飞一会。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432945.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1432945.htm

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