在汽车产业链领域,被业内公认为“下一代电池技术”的 固态电池 ,因具有更高的安全性、更长的循环寿命、更高的能量密度、高功率特性和更强的温度适应性等优点,正在快速“升温”,形成多方竞逐博弈的 势头。
“现在行业内已经形成共识,全 固态电池 是公认的下一代电池的优先选择方案之一,被列入中国、美国、日韩等主要国家的发展战略,成为下一代电池技术竞争的关键制高点。”最近,在中国全 固态电池 创新发展高峰论坛举行期间,中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高在接受《中国经营报》等媒体记者专访时表示,全 固态电池 有可能在2030年左右实现产业化。
在目前流行的液态 锂电池 体系中,我国在全球动力电池产业疆土上占据无足轻重的地位,全球排名前十的动力电池企业有六家来自中国。美国、欧盟、日韩等国家和地区想要争夺对动力电池的话语权,意图从全 固态电池 切口进入,实现换道超车。其中,日本更是举全国之力推动全 固态电池 的商业化,已形成官-产-学联盟,丰田、本田、日产汽车等日系车企已在全 固态电池 方面进行深度布局。
相较于日韩等企业在全 固态电池 领域的深耕积淀,我国进入 固态电池 赛道的时间更晚,而且主要是以科研机构和院校为支撑,产业化的进程更慢。
欧阳明高认为,目前动力电池产业已经迎来新一轮材料创新周期,我国需要跨越创新周期,迎接国际新一轮动力电池技术之争。
风口上的全 固态电池 :鲜花与荆棘并存
现阶段,行业内正在大规模运用的动力电池为液态锂离子电池,它存在一定的热失控风险,有着里程焦虑,并且已接近能量密度上限,因此行业希望构建新一代动力电池。全 固态电池 被认为是满足要求最好的决策之一,是未来锂电的梦 想形态。
液态锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜组成。在 固态电池 中,固态电解质替代了电解液。固态电解质是实现高安全性、能量密度、循环寿命性能的关键。
固态电池 其实不是一个新事物,早在2008年左右,便已经有汽车领域内的企业着手对全 固态电池 进行研发。
若根据电解质形态来划分,动力电池主要可分为液态电池、半 固态电池 和全 固态电池 。在全球范围内,下一代电池技术的竞争制高点主要聚焦在全 固态电池 技术领域,其中硫化物电解质占据重要地位。
“近十年来,以硫化物固态电解质为代表的新型固态电解质发展迅猛,离子电导率赶上甚至超过液态电解质,推动 固态电池 研发进入新一轮热潮。”欧阳明高说道。
安全被认为全 固态电池 最主要的优势。欧阳明高认为,全 固态电池 具有技术推翻的性能潜力,具备高安全性。“液态与固态电解质的不同在于,硫化物固态电解质的热稳定性可以保持到300,而液态电解质达到100就会蒸发,因此全 固态电池 增加了200的安全空间,使得动力电池在正常的工作环境中有着更高的安全保证。”
另外,全 固态电池 在充电速度、温度适应性等方面亦表现突出。
“当前,流行的液态锂离子电池的离子传导模式为运载模式,需要经过溶剂化、脱溶剂化等流程,通俗来讲就是离子在液态电解质中移动需要‘坐船’。然而,锂离子在固态电解质中是跳跃模式,它的传递速率更高,这就使其充电速度可以大幅度提高,这就是它的高功率特性。”欧阳明高表示,全 固态电池 具备的快充特性与当前行业内所提及的快充其实不相同,目前电动汽车充电速度如果太快就会发生“析锂”现象,但全 固态电池 有望解决这一问题。
在欧阳明高看来,全 固态电池 还具有较强的温度适应性。“现有的液态锂离子电池在低温环境下的续航里程不理想,因为液态电解质的锂离子电导率和温度直接相关。然而,全 固态电池 的电解质在-30和100的范畴内都不会凝固和气化,所以有着很好的温度适应性,不用进行很复杂的热管理,也不会因为冬季气温低其容量就大幅下降。”
综合种种优势,欧阳明高认为,全 固态电池 是动力电池的重要发展方向之一。
不过,“理想很丰满,现实却很骨感”,全 固态电池 发展前景广阔。但在产业化方面,全 固态电池 还有许多问题没有处理,距离量产仍需要很长时间。
记者了解到,目前在行业内企业公布的全 固态电池 产业路线图中,产业化时间基本上聚焦在2027—2030年。
欧阳明高认为,衡量全 固态电池 产业化的标准应当是该类电池的市场份额至少达到1%。“就算全 固态电池 在2030年实现产业化,它要想替代液态锂离子电池50%的市场份额也需要20—30年时间。不过,我们要看到,电动车现在也就只替代了(燃油车)30%的市场份额,其它国家就已经惊呼中国品牌的车要领先了。这说明,市场份额不用达到50%,达到1%就已经是一种预警了。对于汽车技术而言,1%是很关键的市场份额,全 固态电池 (对原有电池技术)替代1%就已经具有突破性意义。”
呼吁警惕“推翻性风险”
全 固态电池 发展前景广阔,围绕着全 固态电池 技术的商业化落地,一场全球化竞争已不可避免。
“中国要不要发展全 固态电池 ?中国是目前液态锂离子电池的领先国家,好像也不用担忧。可是,需要谨防的是,目前我们已经走到了新一轮材料创新周期。”欧阳明高认为,我国动力电池产业面临国内外竞争加剧的现状,需要居安思危,向低碳化、智能化、固态化方向发展。
在欧阳明高看来,中国全 固态电池 的研发目前来看存在认识还不统一、力量比较分散、产学研不协调等诸多问题,需要联合起来建立协同创新平台,共同突破全 固态电池 产业化的关键技术。
这时,中国发展全 固态电池 还面临产业链挑战。“中国拥有全球最强大的动力电池产业链,如果我们现在发力全 固态电池 将面临以下情况:从原料及基材生产、电芯及电池包装配、电池生产应用到电池回收,全 固态电池 将对现有电池全生命周期产业链造成巨大冲击。”欧阳明高说道。
全 固态电池 技术有不同技术路线,且各有利弊,国际上多以硫化物全 固态电池 为主要技术路线。而在中国,当前 固态电池 技术路线显现多元化发展趋势,半 固态电池 、全 固态电池 均有布局,发展关键是半固态(固/液混合)电池。
“我国对固/液混合电池布局早,产业链完整,各企业正在尝试装车。”欧阳明高强调,从行业全局看,我们既要发展渐近性半固态技术路线,又要防范激进型全固态技术路线造成的推翻性风险。
欧阳明高认为,目前全 固态电池 国内外专利布局差距较大,我国急需巩固研发力度。“现阶段,日本企业专利布局领先,全 固态电池 专利申请前5名企业有4家日本企业和1家韩国企业,丰田位列第壹,申请国家专利1000项以上。我国近5年专利布局加速,各家企业在全 固态电池 方面开始加大投入,但与领先企业相比仍有较大差距,需要加大力度。”
记者了解到,中国电动汽车百人会理事长陈清泰在同一场论坛上谈到,10长时间以来,我国在 新能源 汽车领域一直处于全球领先地位,其中一个重要的起因是,我国 储能 电池技术和产业方面处于领先地位。换言之,没有电池方面的领先地位就不会有 新能源 汽车的领先地位。
欧阳明高认为,未来我国的动力电池产业既需要低成本产品,又需要高比能产品,需要两头发力。在高比能电池方面,他认为2030年左右全 固态电池 产业化突破的存在性极大,行业各方应全力以赴,共同推动中国电池产业的高质量发展,形成持续引领全球电池行业之势。
“面对未来,我们既不要过于焦虑,也不要过于乐观,我们需要用科学严谨的态度去对待全 固态电池 。具体而言,我们第壹要做的是广泛地进行交流。其次,要多做一些基础的研究,积聚产学研的力量共同来推动,联合起来就能形成一股力量。最后,我们要加强产业协作。现阶段,要发展全 固态电池 ,就意味着我们的产业链需要重新建设,很多设备、工艺、装备和供应链需要花时间重新‘搭建’,这个建立的过程需要产业协同,这样的协同对大伙都是有利的。”欧阳明高说道。