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固态电池量产难在哪

2023-06-23中国财经网

  丰田汽车公司近日在技术说明会上宣布,已经找到很好的材料,能够在2027年至2028年实现固态电池商业化,向市场投放配备全固态电池的纯电动汽车。不过,由于丰田汽车并没有公布令人信服的技术细节,引发舆论质疑。

  固态电池不仅具有高安全、高能量密度,而且“高低温”性能也很优良,种种优势让人们对其充满憧憬,被视为下一代动力电池,也是各国角逐的战略制高点。30年前,美国橡树岭国家实验室就号称造出了固态电池,遗憾的是至今未能实现大规模量产。这两年,伴随着全球新能源汽车的火爆,屡有企业传出固态电池量产进展,但消息曝光后就又没了下文。

  按照材料体系划分,目前固态电池可以分为3种技术路线。日、韩押宝硫化物体系,欧洲主要为聚合物路线,中国则以氧化物为主。其中,日、韩企业以丰田、三星SDI、日立等为代表,技术积累深厚,具有明显的先发优势,且联合研发趋势明显。不过,这3种技术路线都存在相应基础缺点亟待解决。 重庆汽车网

  具体而言,硫化物电解质空气稳定性差,当其暴露于空气中就会产生有毒气体,同时伴随着电解质结构的破坏和电化学性能的衰减,硫化物电解质的合成、储存、运输和后处理过程需要严重依赖惰性气体或干燥室;聚合物电解质在室温条件下,离子电导率较低,使得聚合物固态电池充电需要在高温环境下完成,极大地限制了其商业化;大多数氧化物电解质具有较宽的电化学稳定“窗口”和更好的氧化稳定性,但为了保证刚性氧化物电解质与阴极材料的界面良好接触,往往需要高温烧结,否则会导致严重的界面化学副反应。此外,有些氧化物电解质还存在锂枝晶生长问题。

  同时,成本也是企业一道难以跨越的坎。当前半固态电池成本已远高于商用化的液态电池成本。根据产业调研和测算,以NCM811液态电芯和NCM811半固态电芯为例,半固态电芯成本相比液态电芯成本增加约80%。其中,固态电解质成本是主要新增成本,也是半固态电池中的主要成本,占比约50%。由于电解质材料变化、生产工艺改变、产品质量控制经验不足导致的工程验证周期长等因素,都会使得全固态电池比半固态电池成本更高。

  衡量一款动力电池最终能否量产,主要有5项指标,即能量密度、充放电倍率性能、成本、安全性和循环寿命。动力电池的实验室研究成果一般在某个阶段取得一个或几个指标上的重大突破,同时满足5项指标要求才有可能量产。换言之,就当前各大企业研发进展来说,固态电池看似“风口”将至,实则“道阻且长”,量产难度还是相当大的。

  相比于结构上的创新,电池材料上的改进更缓慢,确实也更难。但是,难并不等于不要做,我们常说,要做“难而正确的事”,这是有道理的。从技术变革来看,当前在汽车电动化发展过程中,动力电池技术创新起到了主体推动作用。中国新能源汽车产业之所以能引领全球,就在于我们在动力电池上实现了超越,诞生了像宁德时代这样的全球动力电池巨头。

  在“双碳”目标驱动的产业变革中,动力电池创新已成为强化新能源汽车竞争水平、打造国家产业竞争力和稳固企业竞争优势的关键。无论是新能源汽车先发国还是追赶国,或是动力电池链条各企业主体,都纷纷瞄准新技术并布局固态电池。这既是巨大的挑战,也是难得的机遇。超大规模市场优势、领先的全产业竞争力和不断跃升的创新力,使得我国更有条件拿下动力电池这一战略制高点。(作者:杨忠阳 来源:经济日报)