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全固态电池进入关键研发期,2030年前后趋于成熟

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本报(chinatimes.net.cn)记者刘凯 于建平 北京报道

被称为最难实现商用化的全固态电池,再次引起了广泛关注。

日前,有媒体报道称,丰田汽车将全固态电池量产时间从原定的2027年推迟到2030年以后。这意味着在开发和商用全固态电池技术后,量产还需要更多的时间。

在业内看来,由于量产推迟,全固态电池技术很难对电动汽车市场产生显著影响,预计到2030年,丰田销售的绝大多数电动汽车还将使用目前主流的锂离子液体电解质电池。

多企业布局

虽然丰田推迟了量产时间,但其他车企还在稳步推进全固态电池方面的布局。在今年的广州车展上,广汽集团总经理冯兴亚表示:“广汽集团固态电池已经取得突破性进展,在电芯能量密度达到400wh/kg时,能够满足电池在极端环境下的安全性与可靠性要求,计划在2026年实现装车搭载。”

广汽埃安也表示,将在2026年实现全固态电池量产搭载,昊铂品牌将双线采用。随后在11月20日,广汽埃安实验室宣布完成固态电池的界面改性技术试验验证。该技术将使固态电池的寿命衰减降低50%,150周循环后,电池容量能够保持在90%以上。

东风日产也在广州车展上展示了全固态电池技术,在能量密度和续航里程方面,日产全固态电池几乎可以达到现有电池的两倍,在充电时间方面,可以缩短到传统电池的三分之一。日产预计在2024年启动试点工厂,2028年之前量产上市。

此外,长安汽车也公布了固态电池的规划,计划在2030年推出液态、半固态、固态等8款自研电芯。计划2027年之前推动重量能量密度达到350-500Wh/kg、体积能量密度750—1000Wh/L,并逐步量产应用,2030年实现全面普及。

在海外方面,日前,美国全固态电池制造企业Solid Power在第三季度报告中表示,已经生产出第一批固态电池单体,并交付给宝马公司。随着样品的交付,汽车资格认证也已经开始,这些电池将用于宝马的示范项目。随后,宝马也表示,计划在2025年之前推出使用Solid Power技术的第一辆原型车,并称已经获得了研发许可。

而除了车企,目前宁德时代、中创新航、赣锋锂电、卫蓝新能源、国轩高科、孚能科技、蜂巢能源等电池企业也都在固态电池领域有所布局。

11月20日,中创新航在全球合作伙伴大会上表示,公司半固态电池在明年四季度将在某外资豪华品牌上搭载,可实现充电10分钟续航500km,最大续航里程1000km。

韩国的三星SDI副总裁Michael Son近日在电话会议上指出:“全固态电池在材料和工艺方法上与传统电池不同,这为电池制造商带来了许多挑战。”他透露,公司计划在2027年前开始大规模生产全固态电池,并已经与多家汽车制造商就生产问题进行了讨论。同时,SK集团的SK On也在进行突破性的全固态电池研究,该公司正开发两种类型的全固态电池,其高能量密度和更快的充电时间将极大地提高电动汽车的续航能力。

从目前各企业给出的时间点来看,半固态电池量产时间大概在2024年左右,全固态电池量产时间在2026年左右。中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高认为,电池技术的创新周期在30年左右,锂离子电池的应用是在2000年左右,因此预计2030年电池技术会有全方位的革新。“我们认为是新材料的换代,也就是开始研发以固态电解质为核心的全固态电池,预计到2030年会趋于成熟。”

固态电池何时终结燃油车?

为什么企业要加大对固态电池的布局?从续航来看,目前固态电池的能量密度是铁锂电池的2倍,按此计算,三元电池的能量密度在250wh/kg左右,对应续航500km—700km,磷酸铁锂电池的能量密度在200wh/kg左右,对应续航在300km—500km。而固态电池能量密度增可能超过400wh/kg,这样续航里程就会大幅增加。

此外,固态电池还拥有耐高温、抗穿刺的超高安全性,以及宽温域工作窗口等众多优点。因此,在业内流传这这样一句话:“固态电池普及之日,就是燃油车退出历史之时。”

不过,多年来,固态电池一直没能走出实验阶段,真正实现量产。一方面,固态电池的稳定性差,容易发生严重的衰减,缩短电池寿命。

另一方面,固态电池成本极高。中邮证券测算,目前固态电池较液态电池成本高出30%以上。预计半固态电池规模化量产后,成本也比液态锂电池高10%—20%。韩国知名咨询机构SNE research也表示,到2030年,液态锂离子电池在动力电池的市场仍将占据绝对优势,即使全固态电池成功批量生产,由于成本问题很难解决,市场渗透率也会非常低,达到4%左右。

因此,如何减少电池寿命,缩减、降低固态电池成本成为关键。日前,亿纬锂能公开表示,公司的半固态电池为固液混合的半固态体系,基于50Ah的软包电池,可实现500wh/kg的能量密度,循环寿命超过1000次;公司的固态电池为基于卤化物电解质制备的全固态薄膜软包电池,可实现在弯折条件下正常充放电,也可在高镍体系实现150℃稳定放电能力。

宁德时代首席科学家吴凯也表示:“沿用现有液态锂电池的材料体系,负极用石墨和硅,未来也能够解决电池安全问题。那么把液态电解液换成固态电解液,如果能够降成本,那就值得。”

可以看出,在2030年之前,将成为固态电池发力的关键期。中创新航副总裁王小强表示,现阶段靠技术可以做到固态电池量产,但是价格会很高。因此,怎么能将成本和技术做到平衡,达到消费者可以接受的性价比,才真正具备商业化可能性。

责任编辑:李延安 主编:于建平

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