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各国固态锂离子电池发展到哪儿了?

钜大LARGE  |  点击量:1159次  |  2020年03月27日  

相比于传统的锂离子电池,固态电池能实现安全与性能的双提升。如液态电解质锂离子电池可能出现高温下氧化分解、出现气体、发生燃烧等安全问题,而很多无机固体电解质材料不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题,且有望克服锂枝晶现象。虽然固体电解质仍然存在一定的可燃烧风险,但也比液态电解液电池安全性能高。


关于固态电池未来发展路线,多家媒体预言,准固态电池将以聚合物复合电解质为主,薄膜固态电池以氧化物复合电解质为主,全固态电池以硫化物复合电解质为主。


一、专利:日本专利居首,我国SCI文章第一


2017年,有关固态锂离子电池分别有1198篇文献与117篇专利,其中1096篇文献集中在金属锂负极、固态电解质以及固态电解质与正负极界面等基础问题研究。


在固体锂离子电池方面我国发表的文章数量占据第一位,国际发明专利方面日本占据一半以上,其中丰田以26篇占据了第一位。


丰田专利集中在对硫化物体系固态电解质进行研究,以提高电池的能量密度、电导率、循环寿命、安全性能等性能。


二、固态电池:50年历史,50多家研发团队


目前,全球范围内约有50多家制造公司、初创公司和高校科研院所致力于固态电池技术。


三、国外三巨头:法国Bollore、美国Sakit3、日本丰田


法国Bollore


聚合物固态电解质领域领军公司,全球首个固态电池电动汽车商业化的公司


早在2011年十月,Bolloré就开始利用自主开发的电动汽车Bluecar和电动巴士Bluebus在法国巴黎及其郊外供应汽车共享服务Autolib,几年来已累计投入了3000辆搭载30kWh的由BatScap制造的固态电池。


正极材料采用LFP和LixV2O8,负极材料采用金属锂,电解质采用聚合物(PEO等)薄膜,但其能量密度仅为100Wh/kg,而且工作温度要求60~80℃,必须持续性将电动汽车电池加热至60°C以上来维持电池内部的导电能力。


英国戴森+美国Sakit3


美国Sakti3是全球氧化物固态电池龙头


2008年,密歇根大学工程学教授玛丽塞思特里创办了Sakti3,塞思特里致力于电池技术的研究已有20年,并且拥有70余项专利。


2015年十月,被真空吸尘器创新者戴森以9000万美金的价格全资收购,以解决应用在其产品中的可充电锂离子电池续航时间不够长、安全性有限的问题。


Sakti3目前存在的最大问题是其采用薄膜沉淀工艺的制造技术,简而言之就是将薄膜进行一层层的堆积。这就造成其成本居高不下,且在未来降低成本的可能性也不算太大。


日本38家机构联合研发全固态锂离子电池,丰田是龙头


2018年四月,日本经济产业省与日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)宣布启动新一代高效电池全固体电池核心技术的开发。该项目预计总投资100亿日元(约合5.8亿元人民币),丰田、本田、日产、松下等23家汽车、电池和材料公司,以及京都大学、日本理化学研究所等15家学术机构将共同参与研究,计划到2022年全面掌握全固态电池相关技术。


丰田是现阶段硫化物固态电池龙头


2010年,丰田就推出了硫化物固态电池,2014年有消息称,丰田实验原型固态电池能量密度已达400Wh/kg。


2017年二月,丰田固态电池专利数量已达30件,远超其它公司。


2017年十月,丰田宣布投入200余人加速研发固态电池技术。同年十二月,丰田联合松下对外宣布,将联合开发全固态电池。


四、国内五小龙:CATL、江苏清陶、珈伟股份、赣锋锂业、北京卫蓝


CATL


CATL以硫化物电解质为重要研发方向,采用正极包覆解决正极材料与固态电解质的界面反应问题,采用热压的方式增强了电解质和电极材料之间的接触,降低了界面电阻,通过对硫化物进行改性,增强了其热稳定性。


目前容量为325mAh能量密度为300Wh/kg的聚合物锂金属固态电池300周循环以上剩余82%。


清陶


清陶发展由清华大学南策文院士团队投资创办,2002年开始研发固态锂离子电池;2006年研发的LLTO固态电解质材料展示出了优异的性能;2010年开发的石榴石结构LLZO固态电解质材料工艺成熟。


2018年五月展示了即将量产的清陶固态电池高安全性测试视频


珈伟股份


国珈星际是珈伟股份的子公司,技术路径是以第二代聚合物锂离子导体作为固态电解质,以三元材料或磷酸铁锂等作为正极,以石墨作为负极。2018年七月,36Ah类固态软包三元材料动力锂离子蓄电池通过国家机动车质量监督检验中心强制性检验,能量密度达到了230WH/kg,循环次数达4000次,72v系统可用在电摩上,价格大约1.5元/wh。


赣锋锂业+中科院材料所


2017年八月十八日,赣锋锂业引入许晓雄博士(科技部新能源全固态锂离子储能电池负责人)等一批中科院的技术团队。


2017年十二月五日,赣锋锂业(002460)公布通告,将设立全资子公司浙江锋锂,以自有资金不超过2.5亿元投资建设一条年产亿瓦时级的第一代固态锂离子电池研发中试生产线,项目建设期2年。


2018年六月三十日,第一代固态锂离子电池技术指标达到:单体容量10Ah,能量密度不低于240Wh/kg,1000次循环后容量保持率大于90%,电池单体具备5C倍率的充放电能力,同时电池研制品通过第三方机构安全检测。


北京卫蓝+中科院物理所


2016年八月,北京卫蓝新能源成立,依托我国科学院物理研究所,专注于下一代固态锂离子电池研发与生产。


目前,北京卫蓝已经研发并掌握了固态电池技术领域的多项关键性技术,包括金属锂表面处理、原位形成SEI膜技术、固态电解质、锂离子快导体制备技术以及高电压电池集成技术、陶瓷膜优化技术和集流体解决方法。


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