全固态电池三大技术路线,谁将最终胜出?

近年来,凭借高密度、更安全性、寿命长等优点,被认为是“最具潜力的下一代锂电池技术”的固态电池受到市场关注,最新消息不断。
今年3月16日,中国科学技术协会主席万钢在中国电动汽车百人会论坛(2024)上表示:“当前全固态电池在能量密度、安全性、宽领域和高环境适应方面较传统的业态电池具有明显优势,能够更好支撑新能源汽车在全气候、全场景、高安全使用的需求,它是当前新一代新能源汽车发展的重要方向。”不过,他也提出,全固态电池还需要进一步深入研究才能走上产业化。
据不完全统计,宁德时代、亿纬锂能、卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂业、蜂巢能源、国轩高科、孚能科技、力神电池、正力新能、LG 新能源、SK On等电池企业,以及北汽、吉利、东风、蔚来、上汽、长安、广汽、宝马、大众、丰田、日产、福特等车企,都在进行固态电池技术的研发,并加快产业化落地。
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那么,全固态电池有哪些技术路线,未来将如何发展,接下来就来了解一下:
固态电池的三大技术路线
据了解,根据电解质的不同,目前固态电池主要有三大技术路线,分别为聚合物、硫化物和氧化物。其中,聚合物电解质属于有机电解质,而后两种属于无机电解质。
整体来看,中国企业以氧化物路线为主,日韩企业多采用硫化物固态电解质技术路线,欧美企业则在三种路线的选择上更为均衡。
三种技术路线各有优缺点,具体来看:硫化物电解质的电导率最高,潜力较大。但由于热稳定性差,使得制备工艺复杂且成本较高;聚合物电解质易于加工,与现有液态电解液的生产设备、工艺较为兼容,且成本低。但其电导率较低、稳定性较差,潜力有限;相较于其他两类,氧化物电解质的电导率介于聚合物和硫化物之间,兼具机械稳定性和电化学稳定性,成本也有优势。
综合考虑制备难度、成本等因素,氧化物电解质的产业链已基本成熟。初创公司已经开始进入量产阶段,代表性电池企业包括卫蓝、清陶、赣锋锂电等。因此,氧化物被认为是目前最容易实现规模化量产的固态电解质。
绿研院注意到,近期,多家企业和科研院所公开了各种在全固态电池领域的最新动态:
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蓝海华腾司投资的高能时代硫化物全固态锂电池研发进展顺利,目前已经完成20Ah级全固态电芯A样开发,同时公司正在搭建中试线,预计2024年底可以实现5Ah以内小电芯量产。
4月8日,中国科学院青岛能源所武建飞、高静、袁勋、高源等在《ACS应用材料与接口》发表论文,该团队解决了硫化物全固态电池叠层工艺的行业痛点及瓶颈问题,打通了硫化物全固态电池的大型车载电池制作工艺的最后一道难关,在硫化物软包电池叠片技术上取得关键性突破。
当升科技4月19日在投资者互动平台表示,公司已系统布局氧化物、硫化物、聚合物等主流固态电池用关键材料技术路线。未来,公司会根据市场情况和客户需求持续推进固态锂电材料生产及销售。
全固态电池何时产业化?
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今年1月22日,中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高表示,全固态电池是公认的下一代电池的首选方案之一,被列入中国、美国、欧盟、日韩等主要国家的发展战略,也成为下一代电池技术竞争的关键制高点。2030年左右全固态电池产业化突破的可能性极大,中国电池产业需要敲响警钟。
“只有全固态电池需要我们联合起来攻关,也只有全固态是我们面对的威胁和挑战。我们(的电池产业)现在已经是全球领先了,我们不想被颠覆,但是因为全固态有这种颠覆性的潜力,我们还存在风险,(虽然)还不是现实。”欧阳明高表示。
欧阳明高认为,全固态电池相较液态电池具备颠覆性的技术潜力,一是高安全性,二是高能量密度,三是高功率特性,四是温度适应性好,五是材料选择范围更广。
目前,全固态电池已开始成为国家之间竞争的新方向。据欧阳明高介绍,日本是举国家之力推动全固态电池商业化,拥有官—产—学联盟,丰田、本田、日产目前在全球,既研发全固态电池又生产整车,在电池与整车性能匹配结合方面比较有优势,其中丰田做的最早也最深。韩国三大电池厂LG新能源、三星SDI和SK On,在全固态电池方面也都取得了实质性的进展。
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“全固态电池产业化仍然面临一系列的科学难题,需要从关键材料、界面、复合电极、单体电池不同层面进行解决。比方说材料层次,硫化物电解质化学稳定性、空气稳定性很差,批量生产很难,基础硫化锂很贵,我觉得首先要把这个价格压下去。”欧阳明高说。
“现在如果做全固态电池,那么从原料到基材生产、电芯/电池包装配、电池生产应用到电池回收,全生命周期的产业链都会造成巨大的冲击”,欧阳明高还表示,中国全固态电池的研发目前来看认识还不统一、力量比较分散、产学研不协调,需要联合起来建立协同创新平台,共同突破全固态电池产业化的关键技术。
4月10日,中国科学院院士、南开大学副校长陈军在第十二届储能国际峰会暨展览会上指出,“全固态电池已成为全球电池科技的竞争焦点,以固态电池为核心的电动汽车有可能改变未来产业布局。我国有望在1至2年内,攻克600Wh/kg氧化物/聚合物复合电解质固态电池研发。”