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时间:2020-01-05

日前据外媒报道,德国能源与气候研究院近日发布一份论文,内容中主要提到固态电池的研发进展,其中包括固态电池的充电效率和寿命方面的信息。令人遗憾的是,结论显示这项新的电池技术与当前的锂电池技术相比并不具备明显优势。

电车资源讯:

固态电池使用在消费者便携电子设备上的前景如何呢?

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近日,电动汽车初创公司菲斯克固态电池技术获卡特彼勒投资;宣布在新加坡建电动车厂的戴森也采用的是美国Sakti3研发的固态电池;同时,已宣布进入汽车领域的苹果公司也一直在研发固态电池技术。

2013 年 7 月份美国专利商标局公布了苹果公司一项与固态电池充电技术相关的专利。固态电池属于低功率密度和高能量密度类电池。丰田公司目前专注于利用固态电池的高能量密度特性,有意将电池续航提升 3-4 倍,并准备将其运用到 2020 年的车型上。而苹果方面则对固态电池的低功率密度感兴趣,有意在未来 iOS 设备以及穿戴设备上使用这种电池技术。

显然,一直被誉为下一代电池技术的固态电池已经从实验室研究到了量产研发阶段,并获得了一定的资本青睐,除了宝马、丰田老牌车企对固态电池竞相追逐,一波基于固态电池技术的新兴造车势力也正在崛起。

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固态电池产业化呈三大特征

固态电池更容易小型化,可以使用更薄的设计,对于可弯曲设备或者是带有柔性屏幕的设备来说,固态电池的这些特性对它们的设计会有很大的帮助。而且使用固态电池还可以有效避免传统电池容易出现的电解质渗漏问题。美国专利商标局日前又公布了苹果另外一项与固态电池充电技术相关的专利,不过这次是便携设备的固态电池充电技术。

固态电池即采用固态电解质的锂电池,一方面可以通过提升电压平台,来进一步提升电池能量密度;另一方面由于在固固反应中可以减少气体排放,大幅提高了锂电池的安全性能。

苹果公司在专利文件中指出电池技术近年取得的突破和进步也带动了固态电池技术的发展。在固态电池中,电极和固态电解质是放在不导电的衬底上。和锂离子或锂聚合物电池相比,固态电池中的固态电解质占据的空间更少,而且也更轻,所以固态电池相比上述两种电池有更高的能量密度。

北京卫蓝新能源科技有限公司总经理俞会根曾表示,固态电池具备十大性质:有望抑制锂枝晶,不易燃烧、不易爆炸,无持续界面反应,无电解液泄露、干涸问题,高温性能更好,无胀气,原材料纯度要求降低,正极选择面宽,非活性物质体积量减少,电芯内部可串联。

此外固态电池的安全性比锂离子或锂聚合物电池的更高。比如固态电池中使用的不易燃的固体电解质就能够避免出现和液态电解质一样的问题,包括泄露、膨胀或着火等。相比起来固态电池自然就能够强化便携电子设备的安全性、可靠性、电池续航,机身设计也能够有更多可能。

总体来说,不论是安全性还是能量密度,固态电池都是比现在普遍使用的锂离子电池更适合电动汽车的能量储存装置。但就目前而言,固态电池在固态电解质的导电率、内阻、界面阻抗及相容性上还存在不少瓶颈,产业化落地还需要一段时间。现阶段各大企业的研发重点是固态聚合物电解质、无机固体电解质的设计及制备技术,固/固界面构筑及稳定化技术;并在此基础上完善电池生产工艺及专用设备的研究,来实现产品的量产。

苹果在专利文件中介绍,他们将会针对便携电子设备中的固态电池设计一个系统,从而管理固态电池的使用。在便携电子设备使用固态电池时,系统就会运行监控固态电池的温度。该系统还能够根据电池的温度来调整充电,以增加固态电池的容量或者是续航时间。

盖世汽车梳理发现,固态电池产业化进展呈现出以下三大特点:

苹果表示他们的这项技术可以使用在 iPhone、iPad、MacBook 和 iPod 等设备。苹果公司于 2012 年第一季度就申请了该专利,不知道他们何时才会在旗下的设备上使用固态电池。

从布局的企业来看,不仅仅是科研单位、材料企业、电池企业在积极研发固态电池,车企尤其是国际车企在缺乏电化学技术积累的情况也对固态电池技术表现出近乎痴狂热情,诸如宝马、丰田、日立、现代等大部分车企都在直接或间接的布局固态电池技术,足以可见电动化趋势下,车企对高性能动力电池的渴求是多么巨大。

目前相比于将固态电池使用到便携设备上,行业好像更加关注这种电池使用到电动汽车上的前景如何。比如在前不久,博世刚刚发布了他们在车用电池方面的最新成果:一块固态锂离子电池。号称有了它,电动车的续航里程能增加一倍。那么你认为固态电池使用在消费者便携电子设备上的前景如何呢?

从产业化进展来看,固态电池在汽车领域产业化集中在2025年左右。除固态电池技术领先的丰田外,老牌车企量产固态电池的时间均在2025年以后(丰田预计2022年),而新造车势力则相对激进,菲斯克、戴森更是将固态电池量产时间定在了即将到来的2020年。

从技术路线来看,固态电池的发展主要分为3大方向。国际上技术成熟度较高、技术沉淀较深的法国Bolloré、美国Sakti3和日本丰田,这三家企业也分别代表了以聚合物、氧化物和硫化物三大固态电解质的典型技术开发方向,其中硫化物固态电解质能量密度潜力最大,技术难度也最高,目前大部分企业主要采用氧化物固态电解质。

值得一提的,固态电池其实也是一个比较宽泛的概念,上/下线非常高,不同产品的实际效果差别很大。比如早在2015年,法国Bolloré就量产了固态电池汽车,并投入2900辆进行运营,但除了安全性,其宽温性和能量密度都不甚理想,现阶段远远谈不上经济性。想要成为下一代电池技术,量产还仅仅只是一个开始,只有同时将生产成本、生产效率以及技术参数做到一定程度,才能满足日益增长的电动化需求。

各车企固态电池产业化进展

尽管业内人士一致认为固态电池将成为下一代电池技术,但由于尚具备不少大规模生产制造的瓶颈,也有不少车企对固态电池不屑一顾,比如刚刚在2018年三季度拿下电动车销量冠军的特斯拉,就一直认为固态电池还是一项相当遥远的技术。不过从各大车企的规划来看,5-10年内,固态电池或将大规模应用在汽车领域。

以下为盖世汽车整理的部分车企固态电池研发进展情况,供读者参考。

丰田2022年量产固态电池

2010-2014年,丰田爆发了一波固态电池相关专利申请的高潮(目前共有电池专利2434项,位列全球第一),其主要的精力是集中在的对硫化物体系固态电解质进行研究,以提高电池的能量密度、电导率、循环寿命、安全性能等性能。2017年,电动市场初具规模,丰田宣布组织200人的国家加快固态电池研发进度,预计2022年量产固态电池。

大众2025年量产固态电池

不同于丰田,大众汽车并没有独立研发固态电池技术,而是通过投资QuantumScape来布局固态电池。QuantumScape是斯坦福大学前研究人员于2010年成立的风险投资公司,拥有超过200多项关于固态电池的技术专利。2018年7月,大众向QuantumScape投资约1亿美元,目标在2025年前建立固态电池生产线。

宝马2026年量产固态电池

宝马一方面在自建电芯研发中心,研发固态电池技术并有望于2026年实现固态电池突破性进展并随后量产。另一方面,宝马也积极和Solid Power在固态电池方面深度合作,快速提升电池研发能力。值得一提的是Solid Power被多家车企看好,包括万向、现代等车企都有向Solid Power投资。

现代2025年量产固态电池

早在2017年,现代就宣布正自主研发固态电池,并已建立中试生产设施。今年7月,现代汽车宣布投资位于马萨诸塞州的Ionic Materials公司,主要进行固态电池研发工作。有业内人士透露,现代正通过南阳研发中心(Namyang R&D Center)旗下的电池研发国家进行固态电池的研发,目前已取得一定的技术水平,预计2025年可实现固态电池量产。

戴森2020年量产固态电池

2015年,戴森以9000万美元的价格收购了位于美国密歇根州的固态电池公司Sakti3。Sakti3是一家专门开发全固态电池的公司,在氧化物固态电解质研发上处于领先地位。近日,戴森向海外媒体透露,目前正在开发一种极具创新理念的电动汽车,量产车型将于2020年上市销售,其电动力系统将采用Sakti3研发的固态电池。

菲斯克2020年量产固态电池

菲斯克最早对外宣称的动力系统是石墨烯电池,但因研发进度不顺而搁浅,2017年菲斯克宣布已就固态锂电池申请了专利,预计可在2023年量产。2018年8月,菲斯克又称数月后将量产固态电池,或将搭载在电动跑车EMotion上,预计在2020年上市。近日菲斯克获卡特彼勒投,此前还获得过汉鼎宇佑集团的投资。