固态电池：下一代电池路线

固态电池：下一代电池路线

14月XNUMX日，据《韩国时报》等媒体报道，三星计划与现代合作开发电动汽车，并为现代电动汽车提供动力电池等车联网零部件。 媒体预测，三星和现代将很快签署一份不具约束力的电池供应谅解备忘录。 据悉，三星向现代推出了其最新的固态电池。

据三星称，当其原型电池充满电后，它可以让电动汽车一次行驶超过 800 公里，电池循环寿命超过 1,000 次。 其体积比同等容量的锂离子电池小50%。 为此，固态电池被认为是未来十年最适合电动汽车的动力电池。

2020 年 XNUMX 月上旬，三星高等研究院 (SAIT) 和三星日本研究中心 (SRJ) 在《自然能源》杂志上发表了《由银实现的高能量长循环全固态锂金属电池》。 -碳复合阳极”介绍了他们在固态电池领域的最新进展。

这种电池采用固体电解质，在高温下不易燃，还可以抑制锂枝晶的生长，避免穿刺短路。 此外，它采用银碳（Ag-C）复合层作为阳极，可将能量密度提高到900Wh/L，循环寿命超过1000次，库仑效率（充电和放电效率）为99.8％。 一次付款后即可驱动电池。 汽车行驶了800公里。

不过，发表论文的SAIT和SRJ是科研机构，而不是专注于技术的三星SDI。 文章只阐明了新电池的原理、结构和性能。 初步判断，该电池仍处于实验室阶段，短期内难以量产。

固态电池与传统液态锂离子电池的区别在于使用固态电解质代替电解质和隔膜。 没有必要使用锂插层石墨阳极。 取而代之的是金属锂作为负极，减少了负极材料的数量。 具有更高的体能量密度（>350Wh/kg）和更长寿命（>5000次循环）以及特殊功能（如柔韧性）等要求的动力电池。

新系统电池包括固态电池、锂液流电池和金属空气电池。 三种固态电池各有优势。 聚合物电解质是有机电解质，氧化物和硫化物是无机陶瓷电解质。

放眼全球固态电池企业，有初创企业，也有国际大厂。 电解液系统中的企业独树一帜，信仰不同，没有技术流动或整合的趋势。 目前，一些技术路线已接近产业化条件，固态电池的自动化之路一直在进行中。

欧美公司更喜欢聚合物和氧化物体系。 法国公司 Bolloré 率先将聚合物基固态电池商业化。 2011年30月，其XNUMXkwh固态聚合物电池+双电层电容器驱动的电动汽车进入共享汽车市场，在全球尚属首次。 用于电动汽车的商用固态电池。

薄膜氧化物固态电池制造商Sakti3于2015年被英国家电巨头戴森收购，受制于薄膜制备成本和规模化生产的难度，一直没有量产长期生产产品。

Maxwell对固态电池的计划是先进入小电池市场，2020年量产，2022年用于储能领域。为了快速商业化应用，Maxwell可能首先考虑尝试半短期内固态电池。 尽管如此，半固态电池价格更高，主要用于特定需求领域，难以大规模应用。

非薄膜氧化物产品综合性能优异，目前正在开发中。 台湾惠能和江苏青岛都是这条赛道上的知名选手。

日韩企业更致力于解决硫化体系的产业化问题。 丰田、三星等代表企业加速布局。 硫化物固态电池（锂硫电池）由于能量密度高、成本低，具有巨大的发展潜力。 其中，丰田的技术最为先进。 发布安培级Demo电池及电化学性能。 同时，他们还使用室温电导率更高的LGPS作为电解液，制备了更大的电池组。

日本已经启动了一项全国性的研发计划。 最有希望的联盟是丰田和松下（丰田有近 300 名工程师参与开发固态电池）。 它表示将在五年内将固态电池商业化。

丰田和 NEDO 开发的全固态电池的商业化计划始于使用现有的 LIB 乐观和有害材料开发全固态电池（第一代电池）。 之后，它将使用新的正负极材料来提高能量密度（下一代电池）。 丰田预计2022年生产固态电动汽车样机，2025年部分车型采用固态电池，2030年能量密度可达500Wh/kg，实现量产应用。

从专利来看，固态锂电池专利申请前20名中，日本企业占11家。丰田申请最多，达到1,709件，是第二名松下的2.2倍。 前10名企业均为日韩企业，其中日本8家，韩国2家。

从专利权人的全球专利布局来看，日本、美国、中国、韩国和欧洲是重点国家或地区。 除本地申请外，丰田在美国和中国的申请数量最多，分别占专利申请总量的 14.7% 和 12.9%。

我国固态电池的产业化也在不断探索中。 根据我国技术路线规划，2020年，将逐步实现固体电解质、高比能正极材料合成、三维骨架结构锂合金构建技术。 将认可300Wh/kg小容量单体电池样品制造。 2025年，固态电池接口控制技术将实现400Wh/kg大容量单体电池样品和成组技术。 预计2030年固态电池和锂硫电池可量产推广。

宁德时代IPO募资项目中的下一代电池包括固态电池。 据NE Times报道，宁德时代预计至少在2025年实现固态电池的量产。

综合来看，聚合物体系技术最为成熟，第一款EV级产品诞生。 其概念性和前瞻性引发了后来者加速研发投入，但性能上限制约增长，与无机固体电解质复合将是未来可能的解决方案； 氧化; 在材料体系中，薄膜型的发展重点是扩能和规模化生产，非薄膜型的综合性能较好，是当前研发的重点； 硫化物系统是电动汽车领域最有前途的固态电池系统，但在发展空间巨大、技术不成熟的两极分化形势下，解决安全问题和接口问题是未来的重点。

固态电池面临的挑战主要包括：

• 降低成本。
• 提高固体电解质的安全性。
• 在充电和放电过程中保持电极和电解质之间的接触。

锂硫电池、锂空气等系统需要更换整个电池结构框架，问题越来越突出。 固态电池的正负极都可以继续使用目前的系统，实现难度比较小。 固态电池作为下一代电池技术，具有更高的安全性和能量密度，将成为后锂时代的必由之路。