“全固態(tài)電池量產(chǎn)和商業(yè)化還面臨著諸多待解難題,而半固態(tài)電池可以兼容現(xiàn)有液態(tài)電池工藝設(shè)備和材料,能以較低成本量產(chǎn),這是滿足市場(chǎng)應(yīng)用的基本條件。”近日在山東棗莊國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)召開的第二屆下一代電池技術(shù)與市場(chǎng)應(yīng)用研討會(huì)上,衛(wèi)藍(lán)新能源副總經(jīng)理向晉指出,固液混合的半固態(tài)電池是當(dāng)前市場(chǎng)的理想選擇。
業(yè)內(nèi)人士進(jìn)一步指出,未來全固態(tài)電池不一定能搭載到汽車上,半固態(tài)電池就能滿足高安全和高能量密度需求,或是車用動(dòng)力電池領(lǐng)域的終極方案。
車企和資本競(jìng)相追捧
經(jīng)過十年的快速發(fā)展,液態(tài)鋰離子電池成本大幅降低,能量密度持續(xù)提高,已成為全球車用動(dòng)力電池市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。但同時(shí),液態(tài)鋰離子電池起火爆炸事故頻發(fā),市場(chǎng)對(duì)其安全性提出了更高要求。
“一個(gè)18650型號(hào)的鋰電池,其爆炸威力相當(dāng)于一顆小型手榴彈,只是有鋼殼約束著。”寧德萬和投資集團(tuán)投資部總監(jiān)喻軍指出,鋰離子電池做不到本征安全,其電解液用得越多就越危險(xiǎn)。鋰電池行業(yè)發(fā)展到今天,老百姓最擔(dān)心的還是安全問題,其次才是能效和成本。因此,用固態(tài)電解質(zhì)替代電解液具有更高的能量密度和安全性,被認(rèn)為是電池行業(yè)的發(fā)展方向。
今年以來,固態(tài)電池成為資本市場(chǎng)、電池企業(yè)和各大車企爭(zhēng)先追捧的對(duì)象。1月9日,蔚來汽車在Nio Day上發(fā)布了150kWh固態(tài)電池,宣稱其能量密度達(dá)360Wh/kg;3月15日,大眾汽車在其首屆電池日上表示,未來動(dòng)力電池的目標(biāo)是固態(tài)電池;隨后,蜂巢能源、贛鋒鋰業(yè)等企業(yè)也宣布跟進(jìn)固態(tài)電池研發(fā)與生產(chǎn)。
準(zhǔn)確的說,上述企業(yè)提及的固態(tài)電池是固液混合的半固態(tài)電池,電芯內(nèi)仍存在5-15%的電解液。目前,業(yè)內(nèi)將半固態(tài)和全固態(tài)電池一并統(tǒng)稱為固態(tài)電池,是相較于傳統(tǒng)液態(tài)電池而言。
據(jù)了解,全球已有40多家固態(tài)電池生產(chǎn)商,我國有臺(tái)灣輝能、江蘇清陶、北京衛(wèi)藍(lán)、無錫海特等企業(yè)研發(fā)布局較早,前4家接近產(chǎn)業(yè)化,已建成至少中試規(guī)模實(shí)驗(yàn)線,并有產(chǎn)品應(yīng)用于無人機(jī),開始商用。向晉認(rèn)為,半固態(tài)電池有望在5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn),全固態(tài)電池預(yù)期在5-10年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。
全固態(tài)電池量產(chǎn)應(yīng)用難度大
全固態(tài)電池應(yīng)用并非易事,目前還存在很多技術(shù)難題尚未解決,如固態(tài)電解質(zhì)和電極之間的界面阻抗大、電解質(zhì)可塑性差、循環(huán)壽命仍待提高等。“不是說實(shí)驗(yàn)室做出一個(gè)綜合性很好的產(chǎn)品就能量產(chǎn)。”向晉坦言,固態(tài)電池量產(chǎn)受制于諸多因素,包括材料能否批量供應(yīng)、成本控制能否達(dá)到客戶接受水平等。
不僅如此,經(jīng)濟(jì)性決定了產(chǎn)品量產(chǎn)程度。中國電池產(chǎn)業(yè)研究院院長吳輝認(rèn)為,液態(tài)鋰離子電池能效和經(jīng)濟(jì)性已達(dá)最佳狀態(tài),盡管仍存在能量密度與安全性等方面的問題,但在市場(chǎng)應(yīng)用方面,液態(tài)電池?zé)o疑是最具經(jīng)濟(jì)性的選擇。
天風(fēng)證券研究所副所長楊誠笑也認(rèn)為,鋰電池完全做到本征安全非常困難,要從市場(chǎng)化角度考慮其必要性,“固態(tài)電池最大優(yōu)勢(shì)是安全,但同時(shí),要考慮電池進(jìn)入市場(chǎng)是商業(yè)行為。”
在浙江鋒鋰新能源總經(jīng)理許曉雄看來,固液混合的半固態(tài)電池或是動(dòng)力電池領(lǐng)域的終級(jí)路線。以走向產(chǎn)品為目標(biāo),從能量密度、倍率、循環(huán)、工作溫區(qū)、安全性、量產(chǎn)能力和成本七個(gè)維度對(duì)比半固態(tài)電池與傳統(tǒng)液態(tài)電池性能,雖然半固態(tài)電池每一項(xiàng)指標(biāo)不能達(dá)到完美,但有均衡綜合優(yōu)勢(shì)。“全固態(tài)電池低溫性能、成本、規(guī)模量產(chǎn)還難以突破,車載全固態(tài)電池不一定用得上。”他進(jìn)一步強(qiáng)調(diào),不要妖魔化固態(tài)電池,它不是一個(gè)概念,而是同時(shí)解決動(dòng)力電池高比能和高安全兩大問題的一個(gè)途徑而已。
半固態(tài)電池綜合優(yōu)勢(shì)突出
隨著研發(fā)進(jìn)程加快,固態(tài)電池能否顛覆現(xiàn)有材料體系也是業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱點(diǎn)。
對(duì)此,深圳新宙邦科技董事長覃九三持否定意見:“對(duì)電池能量密度要求特別高的部分領(lǐng)域會(huì)有固態(tài)電池的發(fā)展空間,但即便固態(tài)電池推出來,早期也不會(huì)在某些方面形成優(yōu)勢(shì),不同方案有不同特長。現(xiàn)在是動(dòng)力電池技術(shù)百花齊放的時(shí)代,哪個(gè)技術(shù)率先突破都可能。”
相比之下,半固態(tài)電池可兼顧液態(tài)電池和全固態(tài)電池的性能優(yōu)勢(shì),可以最大程度兼容現(xiàn)有工藝、設(shè)備及材料,具備快速落地的可能。據(jù)了解,衛(wèi)藍(lán)新能源已于去年實(shí)現(xiàn)半固態(tài)電池量產(chǎn)和批量銷售,之所以能快速推向市場(chǎng),就是因?yàn)楸M可能地借用現(xiàn)有液態(tài)電池裝備和工藝,其中僅有10%-20%的工藝設(shè)備要求不同,主要包括固態(tài)電解質(zhì)膜引入、原位固化工藝、負(fù)極一體化工藝等。
許曉雄指出,固態(tài)電池不會(huì)顛覆鋰離子電池生產(chǎn)線,半固態(tài)電池在裝配上與現(xiàn)有液態(tài)電池生產(chǎn)線有超過80%的兼容性,剩下20%可以通過生產(chǎn)線改造完成,不需要大改就能實(shí)現(xiàn)規(guī)?;⒆詣?dòng)化和高效量產(chǎn)。
即使是全固態(tài)電池,對(duì)現(xiàn)有材料體系的影響也有限。吳輝認(rèn)為,全固態(tài)電池會(huì)完全取代電解液和隔膜,但正負(fù)極活性材料還將保持原有材料體系,如開發(fā)高能量密度全固態(tài)或固液混合電芯的正極材料還是高鎳三元,負(fù)極材料仍是石墨或硅碳等,銅鉑、鋁鉑仍用于正負(fù)級(jí),卷對(duì)卷工藝和電池組裝工藝也沒有太大變化。
原標(biāo)題: 半固態(tài)才是動(dòng)力電池的終極方案?