位居我国电子产品制造业顶端的富士康日前于官微宣称,将在郑州航空港经济综合实验区着重规划固态电池产业,构建固态电解质、半固态及全固态电芯的研发与生产制造项目。
在此之前,全球电池巨头宁德时代以及新能源汽车领域的“顶流”特斯拉先后透露固态电池研发取得新突破。
宁德时代获取了有关电池测试模具及电池测试装置的固态电池实用新型专利授权。此专利可分为夹持件与压紧件两部分,夹持件能够装载固态电池粉体,压紧件可仿照夹持件进行操作。
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特斯拉最新的专利信息公布其采用新材料使电池循环寿命提升 10%。这种新材料即为在富锰正极材料中添加苏打粉(碳酸钠),通过掺杂金属离子的方式优化材料的结品性和稳定性,减少溶出与析出,降低电压衰减。
欧洲老牌车企大众汽车集团也开始拓展布局。
其旗下的电池公司 PowerCo 与美国初创公司 QuantumScape 达成协议,将大幅提升合作开发的固态电池产量,旨在将该项技术应用于更多车辆。
依据协议,在 QuantumScape 的固态电池技术取得一定进展后,PowerCo 将获得基于 QuantumScape 技术平台大规模生产电池的许可,并支付特许权使用费。PowerCo 每年能够利用 QuantumScape 的技术实现 40GWh 的产能,且可选择将产量扩展至 80GWh。
一石激起千层浪。被称作“下一代电池技术竞争关键要点”的固态电池,再度被推至动力储能的前沿焦点。
缘何成为“未来向”技术
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早有业内声音传出,之所以被视为备受瞩目的“未来向”技术,固态电池的确具备显著优势,特别是在锂离子电池能量密度开发已趋近极限之时。
在传统的液态锂离子电池体系里,正负极所采用的材料在很大程度上决定了电池自身的带电量,即能量密度,而电解液与隔膜作为锂离子的传输媒介存在于电池结构中。
作为能源储存领域的新兴技术,固态电池的正极、负极和电解质均呈固态,省去了电解液,电解质盐隔膜与黏接剂聚偏氟乙烯等材料,以金属锂替代负极,如此一来,整个电池的能量密度显著提升。
有公开资料表明,磷酸铁锂电池能量密度通常在 100—160Wh/kg 之间,三元锂电池能量密度为 150—350Wh/kg,液态电池能量密度接近 350Wh/kg,而固态电池能量密度可达 400 - 900Wh/kg。另有业内人士指出,依据当前的实验成果,固态电池能量密度能够达到传统电池的 4 - 5 倍。
顺应电池小型化、轻量化的趋势,固态电解质因其自身能够传导锂离子,起到了隔膜和电解液的作用,从而大幅降低了固态电池的厚度。而在传统锂离子电池中,这两者相加占据电池近 40%的体积和 25%的质量。
实现了轻薄化处理的固态电池,其柔性程度也显著提高。据悉,通过运用恰当的封装材料,固态电池能够承受几百甚至数千次的弯曲,并且能够保证性能几乎不衰减。
相较于传统锂离子电池,液态电解质易燃易挥发以及锂枝晶现象,致使电池一旦遭受冲击或短路,便有失控爆炸的危险,而采用固态电解质的固态电池则不存在这种隐患。
种种“别具一格”的特性和结构,使得固态电池在安全性、稳定性、长寿命、快充速度、宽温域和高环境适应性等方面,相较于传统锂离子电池优势突出,能够更有效地支撑各类能源存储技术在全气候、全场景、高安全使用的需求。
“全固态电池被公认为下一代电池的优先选择方案之一,也将成为下一代电池技术竞争的关键核心点。”中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高此前在公开场合多次发表类似看法。
竞速之战已然打响
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从电池技术的竞争状况来看,毫无疑问,中国锂电产业在现有的磷酸铁锂电池和三元电池技术路线方面,已在全球占据优势。然而,锂电竞争格局并非一成不变。
每一轮新的技术爆发和产业周期调整,都会催生新的电池巨头崛起。固态电池作为下一代电池技术路线,当下已成为海外企业迅速调整方向、实现突破的关键和目标。
反应最为迅速的是日本。以丰田为代表的日本企业早早投入布局。
2008 年,丰田、日产等企业便已开始研发以硫化物为电解质的全固态电池。
2023 年 6 月,丰田宣称“全固体电池”研发成功,仅充电 10 分钟,续航就能达到 1200 公里;同年 10 月,其高调宣布,力争在 2027 年至 2028 年实现全固态电池的实用化阶段。