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半固態電池產業化進程提速,全固態電池商業化仍存挑戰!

五度易鏈 2024-07-24 1234 0

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近日,中科融能628Ah和314Ah固態電池實現規?;a并順利下線。作為當前最熱門的電池投資領域之一,固態電池較傳統液態電池在能量密度和安全性方面有明顯優勢,被普遍認為是最具潛力的下一代電池技術,受到業內廣泛關注。隨著固態電池實現規模化生產,是否意味著行業已迎來商業化節點?

  半固態電池產業化進程提速

  目前,市場主流的鋰電池采用電解液作為傳輸載體,在過度充電、內部短路等異常情況下,電解液極易發熱、分解、脹氣,進而導致電池燃燒甚至爆炸。如果將液態電解液替換為固態電解質,能從根源上解決鋰電池的安全問題,同時也能滿足市場對更高電池能量密度、更優性能的需求。

  據了解,當前業內討論的固態電池一般是指電解液含量降低到5%-15%的半固態電池、準固態電池或固液混合電池,保留部分液態電解質,使其在材料設計、制造工藝、裝備生產、成本等方面具備量產可行性。

  “依托強大的新能源產業鏈制造基礎,我國電池企業在固態電池技術研發、產業鏈布局方面取得重要突破,尤其伴隨著以衛藍新能源、清陶能源、贛鋒鋰電等為代表的中國企業半固態電池的量產裝車,半固態電池真正實現了經濟學意義上的產業化。”在近日召開的2024固態電池產業生態圈企業家峰會上,中關村新型電池技術創新聯盟秘書長于清教指出,固態電池商業化應用漸行漸近,誰先占據產業制高點,誰就能掌握發展主動權。

  近年來,我國企業在固態電池產業鏈層面進行全方位布局。中科院上海硅酸鹽研究所研究員張濤介紹,電解質粉體是固態電池產業鏈中關鍵核心的先進材料,其團隊已建成十噸級標準工業化產線。鋒鋰新能源副總經理唐光盛介紹,公司已在江西新余市投產4吉瓦時固態電池產線,預計2025年在重慶市建成10吉瓦時生產線,并已研制出第二代500瓦時/千克高比能、高功率半固態電池,后續將在高端電動汽車和航天器等領域展開應用。

  全固態電池商業化仍存挑戰

  盡管半固態電池實現規模量產和應用,但全固態電池商業化仍面臨著技術和成本等系列挑戰。

  固態電解質替代液態電解液,其技術核心是材料的選擇,業內已經探索出三類主要固態電池體系:聚合物、硫化物、氧化物。聚合物固態電解質易于加工,干法和濕法制造工藝均能兼容,量產工藝難度最低,但電導率低,歐洲企業多聚焦于這條技術路線;硫化物性能最佳,但材料對空氣中的水分和大部分極性溶劑敏感,且電芯制造需要通過等靜壓設備施加壓力,成本較高,寧德時代、比亞迪、億緯鋰能均側重于該技術路線;一些創業公司則多選擇氧化物路線。

  “全固態電池是材料、電芯制成工藝、制造設備等全方位的創新升級,產業鏈將迎來革命性變化?!狈涑材茉辞把丶夹g研發總經理苗力孝指出,固態電池應用在系統設計、回收利用方面存在挑戰。例如,在制造過程中,液態電池有隔膜,可以對極片進行包裹,避免極片之間錯位導致短路,也不需要超高壓力致密化;而固態電池沒有隔膜,層層堆疊起來通過超高壓致密化,極片邊緣容易破碎和錯位,電芯側面絕緣工藝非常難解決?!肮虘B電池就像漢堡,一層一層疊起來,里面夾的菜會從邊緣露出來,擠壓后易發生破裂導致短路。而液態電池就像煎餅卷菜,是包起來的,不會短路?!?/p>

  目前,固態電池成本高于液態電池。苗力孝舉例:“硫化物固態電解質材料成本非常高,每公斤可達2萬元,未來成本有望降到5000元/公斤,而固態電解質占電芯質量比重超過20%,這個價格市場恐怕難以接受。”

  湖南中科星城石墨有限公司董事長皮濤指出:“每家企業都有自己的技術特點,由于技術方向不確定,導致上游產業鏈處于觀望狀態。固態電池需要一個相對確定的方向,上下游才可以在產品品類方面做配置工作,避免資本投入有更大的沉沒成本?!?/p>

  復合材料設計實現1+1>2

  由于技術路線和降本空間尚不明確,產業內企業選擇從半固態逐漸向全固態過渡。

  “全固態電池路線存在分歧,差異化競爭將促使固態電池擴大應用范圍。”在衛藍新能源科研發總監徐航宇看來,當前,單一固態電解質材料難以滿足全固態電池需求,液態電解質和固態電解質相結合是一種解決方案,在彌補單一電解質材料短板的同時,兼容傳統液態鋰電池的大部分工藝設備,降低成本。結合氧化物和聚合物固態電解質的優勢,衛藍新能源已實現混合固液電池的產業化,產品應用于小動力、新能源汽車、儲能等領域。

  “單一種類的材料各有優缺點,通過復合材料設計可以實現1+1>2。”一位業內人士同樣認為,復合固態電池是實現大規模量產的有效途徑?!肮虘B電池不能做成一個藝術品,產品很貴,高出液態電池幾倍甚至十幾倍,這樣永遠不可能裝車應用。”

  在萬向一二三股份公司電芯材料研發部總監蘇敏看來,無論半固態還是全固態,都有最適配的能量密度,不存在某一類技術是唯一最優解,都是解決高比能需求下電芯安全隱患殊途同歸的技術手段。攻克全固態電池的技術和產業化問題,需要全行業共同努力。(記者 盧奇秀)

  轉自:中國能源報


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