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固态电池即将商业化?还早着呢

传统液态锂电池不会是动力电池的技术终点、固态电池是后锂电时代的必经之路早已是行业共识。日本新能源产业的技术综合开发机构——NEDO更是早在2008年就发布了电池研发路线图,固态电池作为发展方向赫然在目。

固态电池究竟什么时候能量产,关系着新能源汽车何时才能真正意义上进入市场,因此固态电池发展的一举一动始终牵动着行业神经。

“烟雾弹”密布

6月24日,万向A123公司和材料公司Ionic Materials正式对外宣布,全固态电池研发取得里程碑式进展,并称“这种独特的方法使得全固态电池有望在2022年推向市场”。

8月28日,赣锋锂业发布2019年半年度报告,表示第一代固态锂电池研制品已通过多项第三方安全测试和多家客户送样测试,公司投资建设的年产亿瓦时级第一代固态锂电池研发中试生产线,计划于2019年下半年建成投产。

这样的描述,许多媒体将其解读为量产在即。但事实上,在万向的这篇新闻稿里并没有提到关于“量产”的字眼。而赣锋锂业方面,则能看到“中试生产线”这样的描述,说明这仅仅是中试产品,并不是真正意义上的量产产品。业内人士指出,电池从中试线到真正的量产,至少需要3年时间,而且还伴随着失败的风险。

过去五年来,关于固态电池技术突破的消息不绝于耳,但最终几乎所有的结果都停留在试验室阶段,关于量产商业化却始终没有明确答案。

对于这些经常出现的“烟雾弹”,一位业内人士告诉第一电动,“不过是资本游戏罢了。”

那么究竟固态电池目前进展如何,距离量产到底还有多远呢?

固态电池的技术困境

目前固体电解质根据材料不同,分为聚合物、氧化物和硫化物三种体系,但无论哪种体系都无法回避电导率这一评价标准。

电导率是用来描述物质中电荷流动难易程度的参数。电池中,电解质的功能在于电池充放电过程中为锂离子在正负极之间搭建传输通道以实现电池内部电流的导通,决定锂离子运输顺畅情况的指标被称为离子电导率。

根据数据显示,硫化物体系电导率最高,意味着该体系有最好的导锂能力,但传统液态电解质的室温离子电导率为10^(-2)S/cm左右,比任意固态电解质类型的离子电导率都要高。

除了低倍率,高阻抗也是固态电池在量产路上的一大拦路虎。

传统液态电解质与正、负极的接触方式为液态与固态接触,界面润湿性良好,界面间不会产生大的阻抗,而固态电解质与正负极之间以固态与固态界面的方式接触,接触面积小,与极片的接触紧密性较差,界面阻抗较高。现阶段的大部分固态电池企业的产品仍需添加少量液态电解液以缓解电极界面问题、增加电导率,因此隔膜仍然存在与电池中以用来阻隔正负极,避免电池短路。

低离子电导率与高界面阻抗导致了固态电池的高内阻,直接影响固态电池的能量密度与功率密度,使其难以达到理论数值。

三种体系的量产之路

法国Bollore公司算得上真正在电动车上实现固态电池商用化的企业,它选择的是聚合物电池体系。早在2011年底,Bolloré就开始利用自主开发的电动汽车“Bluecar”和电动巴士“Bluebus”在法国巴黎及其郊外提供汽车共享服务“Autolib”,几年来已累计投入了约3000辆搭载30kWh固态聚合物电池+双电层电容器为动力系统的电动车。但由于工作温度范围的限制、加热器的存在导致能耗增加以及安全性等问题,该产品虽然给市场提供了参考与指导,但并不具备商业价值。

虽然该体系技术相对成熟,成本低廉,是当前量产能力最强固态电池,但在室温下过低的离子电导率以及低容量正极使其能量密度能达到的上限值较低,因此在车规级动力电池层面上几乎没有商用化可能。

而拥有能与液态电解质相媲美的离子电导率的硫化物体系,是最有希望应用于车辆领域的固态电池体系。这个赛道上都是一些耳熟能详的大玩家,其中以丰田的技术最为领先。

拥有最大的开发潜力,却也伴随着最大的开发难度,生产环境限制、安全问题以及界面问题是其最大阻碍,也是未来需要解决的重点。如此看来,量产商业化的脚步依然不会太快,就连丰田动力总成部门的总经理Shinzuo Abe在接受沃德汽车专访谈及丰田未来战略时也提到,丰田期望在2020年以后能制造出固态电池,但若要实现固态电池的量产,还需要等到2030年以后。

作为国内动力行业的头部企业,宁德时代也表示会持续关注固态电池领域进展,并跟进相关技术动态,但从目前技术进展看,固态电池距离商业化仍有较长距离。

最后来看看氧化物体系,它主要分为薄膜型与非薄膜型两大类,非薄膜型产品凭借较高导电率、相对低的生产成本以及相对平衡的各项指标,已成为中国企业重点开发的方向,台湾辉能与江苏清陶都是此赛道的知名玩家。

辉能早在2014年便与手机厂商HTC合作生产了一款能给手机充电的手机保护皮套,采用了固态电池电源,同时,其产品在可穿戴设备等领域也有应用。今年更是分别与天际和蔚来达成合作协议,有人猜测,这两家车企的某一家或许会成为首家装载固态电池的整车企业。

但许多业内人士对此也有不同观点,某车企电池部门经理告诉第一电动,“固态电池的量产商业化不可能这么快。现在某些企业可能具备量产的技术条件,但能否满足车规级要求,成本方面用户是否愿意买单,都不好说。没有市场的量产,就变成了曲高和寡,没有意义。”

另一位投资界人士也表示,“固态电池有商业化的前景,但商业化3年内还看不到,想全面大批量投入生产和应用,还需要很长的一段时间。”

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