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固态电池全面分析——必经之路,2020准固态,2025全固态

导读: 基于安全和能量密度上的优势,固态电池已成为未来锂电池发展的必经之路。


产业化:2020 准固态 2025 全固态

13. 固态电池:50 年历史,50 多家研发团队

目前,全球范围内约有 50 多家制造企业、初创公司和高校科研院所致力于固态电池技术。

14. 国外三巨头:法国 Bollore、美国 Sakit3、日本丰田

法国 Bollore

聚合物固态电解质领域领军企业,全球首个固态电池电动车商业化的公司

早在2011年10月,Bolloré就开始利用自主开发的电动汽车“Bluecar”和电动巴士“Bluebus”在法国巴黎及其郊外提供汽车共享服务“Autolib”,几年来已累计投入了 3000 辆搭载 30 kWh的由 BatScap 制造的固态电池。

正极材料采用 LFP 和 LixV2O8,负极材料采用金属锂,电解质采用聚合物(PEO等)薄膜,但其能量密度仅为 100 Wh/kg,而且工作温度要求 60~80℃,必须持续性将电动车电池加热至 60°C 以上来维持电池内部的导电能力。

英国戴森+美国Sakit 3

美国 Sakti3 是全球氧化物固态电池龙头

2008 年,密歇根大学工程学教授玛丽·塞思特里创办了 Sakti3,塞思特里致力于电池技术的研究已有 20 年,并且拥有 70 余项专利。

2015 年 10 月,被真空吸尘器创新者戴森以 9000 万美金的价格全资收购,以解决应用在其产品中的可充电锂离子电池续航时间不够长、安全性有限的问题。

Sakti3 目前存在的最大问题是其采用薄膜沉淀工艺的制造技术,简而言之就是将薄膜进行一层层的堆积。这就造成其成本居高不下,且在未来降低成本的可能性也不算太大。

日本 38 家机构联合研发全固态锂电池,丰田是龙头

2018 年 4 月,日本经济产业省与日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)宣布启动新一代高效电池“全固体电池”核心技术的开发。该项目预计总投资 100 亿日元(约合 5.8 亿元人民币),丰田、本田、日产、松下等 23 家汽车、电池和材料企业,以及京都大学、日本理化学研究所等 15 家学术机构将共同参与研究,计划到 2022 年全面掌握全固态电池相关技术。

丰田是现阶段硫化物固态电池龙头

2010 年,丰田就推出了硫化物固态电池,2014 年有消息称,丰田实验原型固态电池能量密度已达 400 Wh/kg。

2017 年 2 月,丰田固态电池专利数量已达 30 件,远超其它企业。

2017 年 10 月,丰田宣布投入200余人加速研发固态电池技术。同年 12 月,丰田联合松下对外宣布,将联合开发全固态电池。

15. 国内五小龙:CATL、江苏清陶、珈伟股份、赣锋锂业、北京卫蓝

CATL

CATL 以硫化物电解质为主要研发方向,采用正极包覆解决正极材料与固态电解质的界面反应问题,采用热压的方式增强了电解质和电极材料之间的接触,降低了界面电阻,通过对硫化物进行改性,增强了其热稳定性。

目前容量为 325 mAh能量密度为 300 Wh/kg 的聚合物锂金属固态电池 300 周循环以上剩余 82%。

清陶

清陶发展由清华大学南策文院士团队投资创办,2002 年开始研发固态锂电池;2006 年研发的 LLTO 固态电解质材料展示出了优异的性能;2010 年开发的石榴石结构 LLZO 固态电解质材料工艺成熟。

2018 年 5 月展示了即将量产的清陶固态电池高安全性测试视频。

珈伟股份

国珈星际是珈伟股份的子公司,技术路径是以第二代聚合物锂离子导体作为固态电解质,以三元材料或磷酸铁锂等作为正极,以石墨作为负极。

2018 年 7 月,36Ah 类固态软包三元材料动力锂离子蓄电池通过国家机动车质量监督检验中心强制性检验,能量密度达到了 230 WH/kg,循环次数达 4000 次,72v 系统可用在电摩上,价格大约 1.5 元/wh。

赣锋锂业+中科院材料所

2017 年 8 月 18 日,赣锋锂业引入许晓雄博士(科技部新能源全固态锂离子储能电池负责人)等一批中科院的技术团队。

2017 年 12 月 5 日,赣锋锂业(002460)发布公告,将设立全资子公司浙江锋锂,以自有资金不超过 2.5 亿元投资建设一条年产亿瓦时级的第一代固态锂电池研发中试生产线,项目建设期 2 年。

2018 年 6 月 30 日,第一代固态锂电池技术指标达到:单体容量 10Ah,能量密度不低于 240 Wh/kg,1000 次循环后容量保持率大于 90%,电池单体具备 5C 倍率的充放电能力,同时电池研制品通过第三方机构安全检测。

北京卫蓝+中科院物理所

2016 年 8 月,北京卫蓝新能源成立,依托中国科学院物理研究所,专注于下一代固态锂电池研发与生产。

目前,北京卫蓝已经研发并掌握了固态电池技术领域的多项关键性技术,包括金属锂表面处理、原位形成SEI膜技术、固态电解质、锂离子快导体制备技术以及高电压电池集成技术、陶瓷膜优化技术和集流体解决方案。

16. 产业化:2020年前实现准固态,2025年前实现全固态

固态电池商业化条件如下:

1)正极材料LFP、NCM、富锂等产业化

2)负极材料硅碳、金属锂产业化

3)固态电解质聚合物、硫化物、氧化物成熟

4)界面问题解决

我们认为,2020 年前采用高镍正极+准固态电解质+硅碳负极实现 300 Wh/Kg,2025 年前采用富锂正极+全固态电解质+硅碳/锂金属负极电池实现 400 Wh/Kg,2030 年前采用燃料/锂硫/空气电池实现 500 Wh/Kg,核聚变电池是人类社会终极能源方式,详情请参考上篇文章《汽车动力电池技术路线图——固态风口,核能终结!》


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