固态电池并非新的概念,早在上世纪70年代就已经出现了,在1991年左右固态电池实现了商业化,目前耳机中所使用的微型锂电池就是一种固态电池。当时的固态电池以薄膜电池形态出现,而当时其未获普及的原因是因为固态薄膜电池存在着容量小,成本高等缺点,但它能进行商业应用,也证明了固态电池技术还是具有可行性的。
优越性
传统液态锂电池因为其充放电原理被科学界称为“摇椅式电池”,摇椅两端为电池的正负两极,中间为液态电解质。锂电子在摇椅两端来回运动,在锂电子从正极到负极的过程中,完成了电池的充放电。而在这一过程中,存在着诸多安全隐患,如过度充电,电池容易发热,造成电解液气胀、分解、自燃甚至爆炸等情况。
传统锂电池的能量密度最高可以达到300-400Wh/kg,固态电池可提供的能量密度可以达到传统锂电池的两倍左右。能量密度即续航里程,强大的续航保证是固态电池打败锂电池技术的关键。
同时固态电池在重量方面的优势也十分明显,其对空间环境要求并没有那么高。最重要的一点就是可以不必使用嵌锂的石墨负极,通过直接使用金属锂来做负极,从而减轻负极材料的用量,加上简化封装、冷却系统、缩小空间等方式都能减少电池重量。同时在使用寿命方面,固态电池在理想情况下,能够达到45000次左右的循环次数,这对于经常要充放电的固态电池的来说,使用年限有了很大的提升。
产业化进程
目前,全球范围内约有50多家制造企业、初创公司和高校科研院所致力于固态电池技术。根据IDTechEx的一份报告,到2030年,固态电池的市场规模预计将超过60亿美元。新能源汽车一路高歌猛进,不管是电池企业还是整车厂商,不断有“新玩家”入局,资本投入不断扩大,在这些条件的催化下,固态电池的研究也不断取得新突破,在技术与产业链的不断优化下,固态电池正在慢慢步入正轨。
在固态电池研究方面,国内企业不及日本、德国、美国等起步早,但越来越多的企业已经参与其中。参与主体包括中科院化学所、中科院青岛能源所、中科院宁波材料所等研究机构,赣锋锂业、宁德时代等电池企业;更有其他领域企业看好固体电池跨界投资,如以汽车零部件为主的万向集团、新能源汽车比亚迪、恒大集团等。
日本车企在固态电池上的研发起点相对较早,最早入局的丰田在2008年就与固态电池创企伊利卡(Ilika)展开了合作,2019年初,宣布与松下合作,据丰田介绍,将会在2021年推出使用固态电池的汽车。三菱、日产、松下等大部分企业纷纷加速布局固态电池行业,争取早日实现量产。
欧美车企对固态电池初创企业关注度较高。车企通过收购、投资在固态电池领域中美国高校衍生的初创企业如Solid Power、SolidEnergy Systems、Ionic Materials、Quantum Scape等以获得技术储备,其中Quantum Scape已经推出固态电池原型产品,并且成功上市获得投资。
固态电池正在稳中求胜,一步一步迈向商业化。综合锂电池技术的发展路径、我国各类规划、以及下游动力电池、储能电池等领域的需求增长来看,固态电池行业的发展将成为大势所趋。未来,我国固态电池行业的相关技术将不断进步,固态电池也将呈现更高的能量密度,更优秀的安全性以及更低的成本,其实现规模化生产和商业化发展的时日已并不遥远。
参考资料:
华经产业研究院. 2020年固态电池行业需求现状及趋势,商业化已为时不远.
环球老虎财经. 「固态电池」将成锂电行业颠覆者,产业链上都有哪些投资机会?
(中国粉体网编辑整理/星屑)
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