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全固态还有点远 半固态锂电池有望先行用于电动汽车

近日,IEEE《光谱》杂志在官网发表文章称,美国马萨诸塞州的“固体能源系统公司”(Solid Energy Systems)有望成为第一家销售半固态电池的公司。该公司第一批半固态锂电池已经亮相,计划今年晚些时候用于无人机,2019年进入可穿戴设备领域,2021年用于电动汽车领域。

据悉,该公司将纯锂箔制成的超薄阳极涂上一层混合聚合物陶瓷电解质,以使锂盐在室温下传导离子。通过该设计生产的锂电池为半固态锂电池,比传统的锂离子电池设计更安全,能量密度也是目前普通锂离子电池的两倍,而且可以重复充电23000次。目前使用传统电池只能维持20分钟飞行的先进无人机,借助新电池能飞行40分钟或更长时间。

另据国家科技部网站消息,日前意大利博洛尼亚大学研究人员经过8年努力,研发出了一种新型半固态氧流量锂电池NESSOX。具有高达1兆瓦时/吨的能量密度,同时还可以像汽车“加油”一样,在几分钟内通过更换电池内部液体电解质完成充电。该电池采用一种新型液体电解质,能够有效抑制导致电池失效的物质生成,并保持电池性能稳定,这种新型高能量密度半固态锂氧电池表现出了优异特性。基于NESSOX的优秀性能和应用前景,该项目获得了意大利国家创新奖等多个奖项,博洛尼亚大学专门成立了名为Bettery的公司,正在寻找合作伙伴筹集资金,推动NESSOX的应用发展。

半固态锂电有望先行应用

固态锂电与目前锂电池的最大区别在于固态电解质,固态锂电采用固态电解质以后,一方面可以提升电池的电压平台,进一步提升电池的能量密度;另一方面,在固-固反应中减少了气体的排放,提升了电池的安全性能。

尽管固态锂电池相较于目前主流电池体系好处多多,但固态锂电池技术的研发也并非一帆风顺。妙盛动力科技有限公司董事长邱则有日前在接受电池中国网采访时表示,全固态锂电池功率密度偏低、界面阻抗过大、循环次数低等技术难点一直未取得关键性突破,短期内很难快速产业化。但邱则有认为,半固态锂电池在技术上相对较易实现,目前该公司已在探索。

持上述观点的业内人士不在少数。日产研究与先进工程高级副总裁浅见孝雄曾表态称,尽管全固态电池在实验室里确实表现不凡,但如果将其做大并放入汽车中,在续驶里程、安全和成本方面仍无法得到保障,技术上还需要更多突破。他认为,到2025年前,全固态电池技术还无法完善地应用在电动汽车上,其中的障碍包括成本和生产难度等。

“固体能源系统公司”创始人胡启超也表示,很多人试图找到百分之百完美的固态电池技术,但短期内有很多技术瓶颈难以攻克,“所以我们认为,半固态电池方案更好”。

江西赣锋锂业股份有限公司董事长李良彬认为,固态电池的产业化将会分为几个阶段,不会一蹴而就。“我们今年计划在宁波建一个0.2-0.3GWh的中试生产线,产品与现在锂离子电池仍有很多相似之处,区别在于在隔膜上涂了一层固态电解质,我们称之为第一代产品。”李良彬进一步补充道:“未来我们还会有第二代、第三代固态电池产品,到第三代应该就是真正的固态锂电池,采用固态电解质,负极用金属锂,正极可能用811。”

下一代锂电技术引全球企业角逐

固态锂电池产业化过程注定要像三元锂电池技术路线一样,需要技术上的不断突破,需要成本上的大幅下降,方能逐步走出实验室,广泛应用于新能源汽车上。但作为下一代电池代表的技术方向,固态锂电池有望大幅提升新能源电动汽车的续航里程,真正推动电动汽车大规模普及应用,多个国家都在抓紧技术研发布局,力争在未来锂电竞争中抢得先机。6月15日,日本国立研究机构——新能源产业技术综合开发机构(NEDO)在东京召开新闻发布会,宣布启动第二阶段固态锂离子电池研发项目,并为此斥资100亿日元,成员包括23家整车及电池、材料厂商,另外还有15家大学及公共研究机构。而此前,日本锂离子电池技术与评估中心财团从日本经济产业省那里获得了1400万美元的资金支持,最终目标是在2030年之前共同研发出一种能够支持800公里续航里程的电池。对此,中国电动汽车百人会理事长陈清泰表示,锂电池领域日本企业被中国企业赶超,这一新项目日方将举全日本之力推进研发,力争夺回电池产业的霸权。同时陈清泰还认为,这种竞争会激励中国企业加倍努力。

不只是日本,在固态电池领域,中韩及欧美等国家和地区也在发动攻势。中国方面,中科院青岛能源所、中科院宁波材料所、宁德时代、中航锂电、比亚迪、赣锋锂业等多家研究机构和企业都已开始固态电池的研发工作。德国的奔驰、宝马,韩国的三星SDI、现代等多个国家的企业都在该领域布局。

作者:闫志刚

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