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[行业] 固态电池大战在即,日本要当霸主,中国如何应对

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发表于 2018-5-11 14:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
从5月开始,日本经济产业省将与企业合作,共同推进高效率全固态电池的开发,欲夺回日本在电池领域的市场份额,而中国的科研机构和电池企业将如何面对固态电池领域越来越激烈的竞争呢?

《汽车商业评论》记者 钱亚光

近日,据日本《日经亚洲评论》报道,从今年5月开始,日本经济产业省将向技术研究协会——锂电池材料评价研究中心(LIBTEC)投资16亿日元(约人民币9349万元)。除了东丽、旭化成、三井化学、三菱化学等材料厂商外,丰田、本田、日产等大型汽车厂商,以及松下、GS汤浅等电池供应商也将加入LIBTEC的研发工作。

日本政府加大全固态电池研发力度的目的之一是重新占据市场主导地位。《日本经济新闻》称,在车用电池领域,日本企业走在前列,2013年占据全球70%的市场份额,但2013年市场占有率仅为3%的中国企业,到2016年已扩大到26%,而日本企业则减至41%。



左侧为传统液态电池,右侧为全固态电池

固态电池是指电池结构中不含液体,所有材料都以固态形式存在的储能器件,由“正极材料+负极材料”和固态电解质组成。由于固态锂电池的安全性能好、能量密度高和循环寿命长,还具备柔性强、回收方便等优势,甚至可望实现快速充电,是电动汽车理想的动力电池。

LIBTEC希望研发一种固态电池,使电动汽车的续航里程到2025年前能达到550km,到2050年前能达到800km。

受全球强化环保限制的影响,纯电动汽车将正式开始普及。在中国工信部的规划中,2020年新能源汽车年产销量将从2017年的77万辆增长到的200万辆,保有量为500万辆。日本计划到2030年将新一代汽车在新车销售中所占比例扩大到20~30%,预计纯电动汽车的核心零部件蓄电池的市场规模也将大幅增长。

按照《中国制造2025》确定的技术目标,2020年锂电池能量密度到300Wh/kg,2025年能量密度达到400Wh/kg,2030年能量密度达到500Wh/kg。显然,新能源汽车产业中长期发展需要新的技术储备,全固态锂电池则有望成为下一代车用动力电池主导技术路线。

对此,中国工程院院士陈立泉曾明确表示:“能量密度要进一步提高,必须从现在开始考虑全固态锂电池。”



知名锂电材料及产业化专家肖向前指出:“当前磷酸铁锂、三元等锂离子电池在放电过程中,电芯温度逐渐上升,绝对的安全性难以通过电池自身解决,金属锂固态电池是锂电的终极目标。”



固态电池使用固态电极及电解质,其中的固态物质能够代替锂离子电池中的液态电解质,从而促使产品能量密度提升、重量减轻、安全性改善并缩短充电时间。全固态锂电池当前能量密度约400Wh/Kg,预估最大潜力值达900Wh/Kg。

在我国,已经有不少科研机构和相关企业都在固态电池上下了大功夫,并已经取得了阶段性成果。

中国科学院作为科技国家队,在固态电池的研发上,也起到了排头兵的作用。早在2013年11月中科院就布局了一个战略先导项目,希望能基于纳米技术,研究开发一些能够实际应用的先进材料和电池技术,目标是300 Wh/kg。在固态电池开发方面,中科院旗下的5个研发团队也都取得了阶段性进展。

中科院化学所



郭玉国团队,开发了聚醚-丙烯酸酯的聚合物固体电解质,耐受氧化电压是4.5伏。

中科院宁波材料所



许晓雄团队,开发了氧化物、硫化物固体电解质材料、陶瓷片、全固态电池,并与赣峰锂业合作尝试产业化。目前该团队在国内已率先研发出容量为0.2Ah~10Ah的系列固态单体电池,10Ah固态单体电池能量密度达到260Wh/kg,循环1000圈容量保持率达88%。

中科院青岛生物能源所



崔光磊团队开发了聚丙烯碳酸酯、纤维素、锂镧锆氧复合的固体电解质,研发的电池能量密度达到了300Wh/kg,并首次在马里亚纳海沟完成了深海测试。

中科院上海硅酸盐研究所



郭向欣团队,开发了聚环氧乙烷、锂镧锆氧复合的固体电解质,并研制了2Ah级的固态锂离子电池。

中国科学院物理研究所



该团队研制的10Ah软包电芯能量密度达到310-390Wh/kg,体积能量密度达到了800-890Wh/L,该电池可以在室温和90℃循环。

另外,国内领先的电池企业在固态电池技术储备与研发上,也取得了不错的成绩,有不少企业已经推出了行业领先的产品,只是商业化还要过些时日。

万向集团



2017年9月,万向旗下的A123系统公司投资了美国固体动力(Solid Power)公司,后者专注于开发/扩展具有竞争力的固态电池,已创造出容量比传统锂离子高2-3倍的固态电池。

2018年2月,万向参投的Solid Power确认与宝马合作,双方将共同研发新一代电动车固态电池技术,根据宝马的表态,新一代固态电池产品将在宝马xEV系列车型上应用。

最近,万向集团旗下的A123系统公司又投资了美国离子材料(Ionic Materials)公司,以扩大其在固态电池领域的竞争力。离子材料公司研发出了一种特殊的聚合物电解质,能将新型固态电池的安全性和工作性能提高到一个全新的水平。

宁德时代



宁德时代主要在聚合物和硫化物基固态电池方向分别开展了相关的研发工作,并取得了初步进展,同时针对材料体系特点和规模化生产的要求,宁德时代开展了全固态电池制造工艺路线的设计和探索。

聚合物固态锂金属电池方面,宁德时代基于对电池的导电、加工性能的改进,设计制作了容量为325毫安时的聚合物电芯,循环300圈以上,容量保持率达到82%。

硫化物固态电池方面,宁德时代通过对钴酸锂正极材料进行表面修饰,包覆改性后,改善了正极和固态电解质的界面相容性,并开发出混合工艺,提高了硫化物在空气中的稳定性,为电池制造成本降低提供可能。

比亚迪



比亚迪创始人王传福在2016年中期就确定了以固体电池为锂电池未来方向的发展基调,开始布局固态电池的相关研发工作。

目前比亚迪正在积极推进下一代锂电池的研发部署,并将固态电池作为下一步研发重点,积极推进相关产品的产业化研发应用,并确定将在未来10年,最快5年内提供该类型产品。

2017年8月,比亚迪申请了一种全固态锂离子电池正极复合材料及一种全固态锂离子电池的发明专利。

2018年1月,比亚迪在互动平台上表示,公司正在积极推进固态电池项目商用。

国轩高科



2017年11月,国轩高科对外表示已着手研发固态电池及固态电解质。

2018年2月,国轩高科透露,根据与国际一线整车品牌合作的产品要求,公司正在美国和日本分别开发下一代动力电池生产技术工艺与生产设备,相关产品将使用半固态电池技术。

2018年3月,国轩高科在在投资者互动平台表示公司半固态电池技术目前已处于实验室向中试转换阶段。

赣锋锂业



2017年,赣锋锂业通过引进中科院宁波材料所的许晓雄团队,正式切入到固态电池板块。资料显示,许晓雄博士团队已申请专利30余项(国际专利6项、中国专利27项),其中已授权专利11项。

2017年12月,赣锋锂业公告称,拟以不超过2.5亿元投资建设第一代固态锂电池研发中试生产线,规模在亿瓦时级以上,6亿瓦时的动力电池生产线未来着重跟固态电池做匹配。

2018年3月,赣锋锂业确认正在对固态电池进行广泛的试验工作,并在宁波设立了一家研发中心和一条试验生产线,以加快固态锂电池技术的商业化。

赣锋锂业拟在2018年6月前实现第一代固态锂电池工艺技术成熟,并通过第三方认证;在2018年12月建成亿瓦时级第一代固态锂电池生产线,并实现送样;在2019年12月完成3亿元固态电池销售,并分别推动二代固态锂电池技术成熟,三代固态锂电池完成可行性研究。

珈伟股份

2016年11月,珈伟股份在沪举办全球首例固态锂电池与快充锂电池产品发布会,演示了新产品性能。

2018年4月,珈伟股份控股子公司珈伟龙能的固态储能科技公司正式投产试运行。据称,新型锂离子电池采用纳米技术,具有强大的储能能力,在快速充电、寿命、安全性等方面优势显著。完成一次充电仅需5分40秒,可实现2万次的充放电循环,预计电池寿命最长可达100年,被三枚铁钉深深击穿后,仍可正常工作。

虽然中国在固态电池方面的技术积淀并不如法国Bolloré、美国Sakti3和日本丰田等国外公司,但是在发展速度和推进力度方面,中国已经走在世界前列。从目前的各方进展来看,无论是车企还是锂电企业,对于固态电池的前景看好,并开始进行布局,但是在最近几年,大规模量产依然是不现实的事情。

除了固态电池现在的制备技术成熟度还有待加强,能形成规模产能的企业有限,规模化生产需要克服很多困难等技术方面的原因之外,固态电解质的成本问题也是各方亟需解决的难点。从全球来看,固态电池仍处于推广发展期。

从固态电池的研发来看,未来需要发展全固态金属锂电池,负极全部为锂,但目前还面临着很大的挑战。而介于全固态和液态电解质锂离子电池之间的技术,如混合固液电解质电池,可能会在提升能量密度的同时,兼顾安全性、倍率特性、循环性,会首先实现商业化。随着技术的突破,各种综合技术指标的提升,以及材料成本的大幅下降,全固态电池才会大规模进入电动汽车市场。

汽车商业评论认为,日本这种政府与企业齐心协力研发固态电池的做法值得我们借鉴,把国家科研机构强大的研发能力和企业切合实际的产业化需求相结合,多一些赣锋锂业和中科院宁波材料所这样的合作,应该可以更快地将科研成果产品化,不光从技术上,也从规模上、成本上,更快地将先进技术转化为生产力,从而促进我们电动汽车产业的健康持续发展。

END

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