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固態(tài)電池樣車下線,3年后市場化,新能源車能安全不自燃了嗎?

時間:2020-08-08 16:28來源:出行一客 作者:李陽
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      新能源產(chǎn)業(yè)心心念念多年的固態(tài)電池技術(shù),終于走向現(xiàn)實(shí)。
 
      近日,一輛搭載固態(tài)電池系統(tǒng)的純電動樣車在北汽新能源完成調(diào)試,順利下線。這是國內(nèi)首次公開的可行駛的固態(tài)電池樣車,它的下線也意味著固態(tài)電池技術(shù)在產(chǎn)業(yè)化的路上邁出了關(guān)鍵一步。
 
      搭載固態(tài)電池系統(tǒng)的純電動樣車在北汽新能源完成調(diào)試,順利下線 / 北汽集團(tuán)
相較于當(dāng)前主流電池正負(fù)極、隔膜、電解液的結(jié)構(gòu),固態(tài)電池其實(shí)沒有任何變化,只是用固態(tài)或半固態(tài)電解質(zhì),替代了液態(tài)的電解液。電池使用固態(tài)電解質(zhì)后,既能提升電壓平臺從而拔高能量密度上限;又因不易燃燒、不產(chǎn)氣等特點(diǎn),極大程度上提高了電池安全性。
固態(tài)電池的優(yōu)勢
 
      基于以上優(yōu)勢,固態(tài)電池一直是下一代鋰電技術(shù)的焦點(diǎn)。目前固態(tài)電池所面臨的主要瓶頸是固態(tài)電解質(zhì)的導(dǎo)電率、內(nèi)阻、界面阻抗及相容性等。因此,現(xiàn)階段各大企業(yè)的研發(fā)重點(diǎn)是固態(tài)聚合物電解質(zhì)、無機(jī)固體電解質(zhì)的設(shè)計及制備技術(shù),固/固界面構(gòu)筑及穩(wěn)定化技術(shù);并在此基礎(chǔ)上完善電池生產(chǎn)工藝及專用設(shè)備的研究,來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的量產(chǎn)。
 
      近年來,豐田、日產(chǎn)雷諾、通用、北汽、上汽等國內(nèi)外主流車企,開始加緊固態(tài)電池的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化布局;另一方面,清陶能源、萬向一二三、LG化學(xué)、麻省固能等電池企業(yè)也開始籌備建設(shè)固態(tài)電池產(chǎn)工廠,其中不乏已經(jīng)投產(chǎn)的固態(tài)電池產(chǎn)線。
 
      除北汽固態(tài)電池量產(chǎn)車下線外,今年3月,哪吒汽車已發(fā)布了一款搭載固態(tài)電池的新車型—哪吒U。據(jù)合眾汽車方面透露,哪吒U計劃于10月份申報工信部公告,年底前量產(chǎn)500臺。
 
      顯然,在新能源領(lǐng)域,一場基于固態(tài)電池的卡位戰(zhàn)悄然拉開。按照國內(nèi)領(lǐng)先的全固態(tài)電池開發(fā)商清陶能源總經(jīng)理李崢博士的預(yù)計,三年內(nèi)固態(tài)電池將在乘用車領(lǐng)域替代性使用,即一款車以采用液態(tài)電池方案正向開發(fā),固態(tài)電池版本對其中部分功能進(jìn)行替換;三年后,基于固態(tài)電池的正向開發(fā)車型將真正走向市場,發(fā)揮固態(tài)電池高安全、高能量密度的特點(diǎn)。
 
      為什么是固態(tài)電池?
 
      根據(jù)《中國制造2025》明確了動力電池的發(fā)展規(guī)劃:2020年,電池能量密度達(dá)到300Wh/kg(瓦時每千克);2025年,電池能量密度達(dá)到400Wh/kg;2030年,電池能量密度達(dá)到500Wh/kg。
 
      按照現(xiàn)有的三元和石墨作為正負(fù)極活性材料所組成的液態(tài)鋰離子動力電池,重量能量密度極限約為280Wh/kg左右。即便引入硅基合金替代純石墨作為負(fù)極材料后,能量密度的上限也只能達(dá)到300-350Wh/kg。這也意味著想要達(dá)到400Wh/kg,甚至突破更高的能量密度壁壘,鋰電技術(shù)革新勢在必行。
 
      事實(shí)上,近年來聲勢浩大的新型電池技術(shù)不在少數(shù),富鋰錳基、高電壓尖晶石、無鈷電池、四元電池等概念層出不窮,但始終雷聲大雨點(diǎn)小,三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池并駕齊驅(qū)的電池技術(shù)格局,始終沒有改變。
 
      對此,李崢的解釋是,“受限于當(dāng)前電解液的電壓平臺以及安全性,很多諸如富鋰錳基、高電壓尖晶石等性能突出的鋰電新材料,無法發(fā)揮高比能優(yōu)勢,使得鋰電技術(shù)革新進(jìn)入了一個瓶頸期。”同時,李崢還指出,高電壓平臺的固態(tài)電解質(zhì)的應(yīng)用,或許能打開新材料的“枷鎖”。
 
      因?yàn)楣虘B(tài)電解質(zhì)其實(shí)只是電池電解質(zhì)部分由液態(tài)變成了固態(tài),對其正負(fù)極材料則沒有限制,因此理論上,固態(tài)電池有千萬種類型,它既可以是三元鋰電池,也可以是磷酸鐵鋰電池。
 
      此外,由于固態(tài)電解質(zhì)高安全、高電壓的特點(diǎn),使得諸多新型電池材料更容易得到有效應(yīng)用。一旦固態(tài)電池真正具備商業(yè)化條件,基于固態(tài)電池的諸多鋰電新材料應(yīng)用將接踵而至,屆時,鋰電技術(shù)革新或?qū)⒂瓉碣|(zhì)變。
 
      中國科學(xué)院物理研究所李泓博士也指出,固態(tài)電解質(zhì)是一種通用型策略,一旦開發(fā)成功,再搭配不同的正負(fù)極材料,能滿足消費(fèi)類電子、無人機(jī)、動力儲能、航空航天、軌道交通等諸多領(lǐng)域的需求。
 
      因此,與其將固態(tài)電池看成一種新型電池產(chǎn)品,不如將其當(dāng)作某種解鎖電池材料性能上限的技術(shù)手段,這正是業(yè)內(nèi)對固態(tài)電池技術(shù)寄予厚望的原因所在。與此同時,固態(tài)電解質(zhì)帶來的安全性質(zhì)變,是當(dāng)前新能源產(chǎn)業(yè)迫切需要的。
 
      自新能源汽車問世以來,安全焦慮就始終縈繞在每個新能源車企心頭,其中最大的痛點(diǎn)來自于電動汽車自燃。電動車自燃的原因不外乎鋰電池發(fā)生內(nèi)部發(fā)生短路后熱管理失控,其中易燃性的電解液發(fā)揮著“重要作用”,固態(tài)電解質(zhì)最大的特點(diǎn)就是不易燃燒,很大程度上避免了電池?zé)崾Э亍?/div>
 
      不過,需要指出的是,形成固態(tài)電解質(zhì)的途徑有很多種,但并非所有的固態(tài)電解質(zhì)都不易燃燒。李泓就明確表示,“我們最近發(fā)表了一些文章,論證了氧化物固態(tài)電解質(zhì)(固態(tài)電池的一種)優(yōu)良的熱穩(wěn)定性,但是否每一種固態(tài)電解質(zhì)都意味著熱穩(wěn)定,還有待具體的研究數(shù)據(jù)。”
 
      總體來看,固態(tài)電池被寄予厚望的原因主要是其可作為電池技術(shù)革新的基礎(chǔ)策略,同時具備高安全性。但具體到每一款固態(tài)電池,則需要大量細(xì)致的研發(fā),確保其性能和熱穩(wěn)定性。
 
      固態(tài)電池什么時候落地?
 
      盡管固態(tài)電池有著種種優(yōu)勢,但其產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)展并不順利。2017年,以菲斯克、豐田等車企為主,大肆吹鼓自身固態(tài)電池技術(shù),但其量產(chǎn)車型落地時間卻一推再推,由此可見固態(tài)電池極高的開發(fā)難度。
 
      近日,豐田汽車公司動力總成部門執(zhí)行副總裁兼電池部門總經(jīng)理凱塔·凱塔(Keiji Kaita)在接受《汽車新聞》采訪時表示,原計劃在2020年東京奧運(yùn)會上推出其固態(tài)電池供電的原型車,被推遲至2021年。不過,豐田仍有望在2025年前完成電動汽車固態(tài)電池的生產(chǎn)。
 
      2025年,或許是一個固態(tài)電池在汽車領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化的分水嶺。根據(jù)寶馬、豐田、奔馳、通用及各初創(chuàng)企業(yè)最新的宣傳,固態(tài)電池落地時間基本鎖定在2025年前后。
 
      中國科學(xué)院物理研究所李泓博士表示, 車企敢于開發(fā)固態(tài)電池汽車的前提是,固態(tài)電池產(chǎn)能至少達(dá)到1Gwh,在此基礎(chǔ)上,考慮到完整的供應(yīng)鏈成型、工藝體系成熟、產(chǎn)能建設(shè)足夠,以及足夠的路試時間, 2024年會是一個相對樂觀的半固態(tài)電池大規(guī)模應(yīng)用時間節(jié)點(diǎn),至于全固態(tài),可能要到2030年。
 
      相對而言,清陶能源總經(jīng)理李崢的預(yù)測,則更為激進(jìn)些,“目前,固態(tài)電池已經(jīng)在消費(fèi)電子等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了量產(chǎn)應(yīng)用,三年內(nèi)固態(tài)電池將在乘用車領(lǐng)域替代性使用,三年后(新車開發(fā)時間大概3年),將會有真正基于固態(tài)電池正向研發(fā)的車輛面向消費(fèi)者。”
 
      按照李崢的描述,去年開始,清陶能源已經(jīng)開始和幾家主流的主機(jī)廠做測試樣車。同時,據(jù)一位知情人士透露,“今年內(nèi)肯定有搭載固態(tài)電池的量產(chǎn)電動汽車面世。”
 
      值得一提的是,今年7月,剛剛完成E+輪融資的清陶能源,其位于宜春的固態(tài)電池量產(chǎn)線已經(jīng)正式投產(chǎn),產(chǎn)能1Gwh,已滿足李泓博士判斷的車型研發(fā)前提。宜春固態(tài)電池工廠將面向乘用車動力市場,并留下了足夠的擴(kuò)產(chǎn)空間。
 
      除清陶能源外,輝能科技1GWh固態(tài)電池產(chǎn)線預(yù)計明年開始量產(chǎn),星盈科技2GWh 的全固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線預(yù)計2024年投產(chǎn)。隨著電池企業(yè)固態(tài)電池產(chǎn)線逐漸投產(chǎn),其在汽車領(lǐng)域商業(yè)化的腳步將越來越快。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 固態(tài)電池 新能源車 自燃
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