【原创】2021,固态电池风口临近


来源:中国粉体网   青黎

[导读]  一场全球范围内的全固态锂二次电池技术竞赛已经开启,固态电池作为“后锂电时代的必经之路”已是行业共识。电池就像电动车的心脏,固态电池将成为使新能源汽车更安全、性能更理想的关键技术。

中国粉体网讯  


固态电池技术,车企未来的核心竞争力


固态电池的发展备受业界的期待。固态电池更安全,成本也更低,很可能会是锂离子电池的替代品,从而加速电动汽车的普及。固态电池技术有可能将电动汽车充电时间从数小时缩短至10分钟左右。虽然固态电池在短期内还无法实现商业化,但并不影响各大企业对于固态电池技术研发进程的加快!Bloomberg数据预计,2028-2035年,采用固态电池的电动车将增长37倍,而固态电池的成本将下降至40美元/KWh,甚至低于液态电池。


国内固态电池研发动态


1、国轩高科:半固态电池续航里程实现超1000公里

在11月20日召开的2021世界制造业大会新能源汽车产业发展论坛上,国轩高科董事长李缜表示,国轩高科2025年将形成300GWh电池产能。另外,公司为国内高端纯电动汽车配套半固态电池实现了续航里程超1000公里。


2、珠海冠宇:公司有应用固态电解质膜和专用正极材料制备出了能量密度高达350Wh/kg的固态电池样品

有投资者在投资者互动平台提问:一是目前是否已有固态锂离子电池样品产出?二是是否有消费电子、电动汽车等相关企业有意向与公司共同研发固态锂离子电池?珠海冠宇10月19日在投资者互动平台表示,公司有应用固态电解质膜和专用正极材料制备出了能量密度高达350Wh/kg的固态电池样品。


3、亿纬锂能合作伙伴拟在美建研发中心加速研发固态电池

以色列知名电池开发商、电动汽车超快速充电(XFC)技术领先企业StoreDot宣布将在美国加利福尼亚建立研发创新中心,不断向全球扩展并开发未来固态电池。根据规划,公司将在美国加利福利亚州建立研发中心,该研发中心的宗旨是助力StoreDot实现其促进零排放世界的使命。具体而言这涉及到两项技术:XFC电池技术和XED固态电池技术。据StoreDot称,除了XFC电池的工作外,加州的研发中心还将研究下一代极端能量密度(XED)固态性能和材料。这项技术将在2028年之前实现技术拓展并进行大规模生产。


4、能量密度达520Wh/kg(1100Wh/L),恩力动力开发超高比能锂金属电池

目前恩力的3500mAh锂金属电池已经进入中试阶段,年内将向大客户小批量供货,用于无人机等项目。并已开始布局下一阶段2021-2022即将开始的规模量产。届时,其固态电池和锂金属电池产能将达到200MWh,产品将应用于高附加值的商用电子产品和高端消费电子产品领域。预期在2022-2023年,恩力将实现GWh级别的固态电池产能,利用固态电池的性能优势进入多种应用场景。在2024-2026年,达到10GWh级别的产能,进入新能源汽车领域。


5、蜂巢能源联合中科院,加速固态电池技术转化落地

2021年4月,由蜂巢能源全球锂电创新中心与中国科学院宁波材料技术与工程研究所共建的固态电池技术研究中心在无锡正式成立并举行了签约揭牌仪式。该研究中心有望借助中科院宁波材料所在固态电池先进材料技术上的优势及蜂巢能源领先的研发实力,快速突破“卡脖子”的关键技术,推动固态电池技术转化落地。


6、清陶实测368Wh/kg固态动力电池通过国家强检认证

清陶QT-360高能量密度产品在国家机动车产品质量监督检验中心(上海)完成国家强检认证测试。该产品电池单体实测放电容量(1/3C)超过116Ah,能量密度为368Wh/kg。该电池满足《GB∕T 38031-2020 电动汽车用动力蓄电池安全要求》、《GB∕T 31484-2015 电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》、《GB∕T 31486-2015 电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》的要求,并获得由国家机动车质量监督检验中心承认通过的强制性检验报告。


7、有研集团固态电池核心材料领域前沿布局初见成效

 自2016年成立以来,有研集团国联研究院国家动力电池创新中心组建固态电池协同攻关团队,开展固态电池基础研究及工程化技术研究。通过两年来的潜心钻研,创新团队制备出了Li3YBr5.7F0.3固态电解质,该固态电解质通过与金属锂原位生成高浓度氟化物界面钝化层,显著改善了锂金属负极在全固态电池的循环稳定性,解决了卤化物固态电解质材料应用于金属锂负极固态电池的关键技术瓶颈。在此基础上,动力电池创新团队开发出了一种全新组成的卤化物电解质材料,该材料与高电压正极材料兼容好,其性能在固态电池中得到了初步验证。研究成果已获得发明专利授权,率先实现国内在耐高电压无机固态电解质的专利布局,推动高比能全固态二次电池的商业应用。


8、质优价廉固态电解质问世,安全“锂”想电池不再遥远

中国科学技术大学马骋团队设计并合成了一种新型氯化物固态电解质——氯化锆锂。这一材料成功将50微米厚度时的原材料成本降低至1.38美元/平方米,远低于10美元/平方米这一确保全固态电池市场竞争力的阈值,而此前最廉价的氯化物固态电解质相对应的成本为23.05美元/平方米,远远超过这一阈值。除此之外,氯化锆锂在湿度高达5%时仍能保持稳定,因此其合成和储存对条件的要求并不苛刻,从而进一步降低了生产成本。


9、能量密度270Wh/kg,可针刺的固混电池要来了

目前,卫蓝新能源正在建设一条2GWh的规模化固液混合固态动力电池生产线,这个生产线主要生产350-360Wh/kg的新能源车用动力电池。其产出的固态电池产品能量密度可达到270Wh/kg,倍率性能可以实现3C的连续放电,最大放电倍率可达到7C,同时保持了良好的安全性能。据介绍,卫蓝新能源当前规模量产的混合固液固态电池,在正负极材料体系上,与现在的液态电池差别不大。主要是基于改性高镍三元、硅基负极材料加上固态电解质、离子导电膜等这样的材料体系。但是,公司的研发团队在现有的材料体系基础上针对固态电池产品需求做了许多改进。


10、高能量密度锂电池新策略:全电化学活性全固态锂电池

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心清洁能源实验室E01组博士生李美莹在陈立泉院士和索鎏敏特聘研究员指导下与美国麻省理工大学李巨教授合作,首次提出采用全电化学活性电极构建全固态电池的新思路。通过采用高电子-离子混合导电活性物质作为正极实现100%全活性物质全固态电极,与金属锂负极搭配,构建出高能量密度全活性物质全固态电池,在该类新型全固体金属锂电池中材料层面的能量密度可以在电极层面得到了100%发挥。


11、上海硅酸盐所在氟基固态电池研究中取得进展

中国科学院上海硅酸盐研究所研究员李驰麟团队研制出聚合增强型的锂氟转换全固态电池。该团队通过“硬质”C-N聚合物(g-C3N4)介孔微球堆垛填充策略,不仅加强了“软质”PEO聚合物电解质的机械性能和对锂负极的形变抑制(锂金属对称电池至少1万小时的超长沉积/剥离循环),而且通过C-N微球的超薄二维纳米片单元与聚氧化乙烯基质和锂盐(LiTFSI)中阴离子的多尺度成键交联,构建出具有“渗流效应”的丰富高导界面,提高了复合电解质的离子导电率(60℃时为2.5×10-4 S/cm)、锂离子迁移数(高达0.69)和高电压稳定性(可承受三元层状氧化物正极的稳定循环)。


12、深圳先进院固态电池及类脑人工突触研究获进展

研究团队开发了具有纳米分辨率的新型原位电化学测试手段,利用导电原子力显微探针作为电极诱导锂枝晶在固态电解质中定向生长,结合多场测试,揭示了电极界面微尺度涨落对锂枝晶生长的诱导机制,并在此基础上设计了界面阻隔层,阻断了枝晶的生长,提升了固态电池性能。团队还发现了锂枝晶在固态电解质中的忆阻特性,并基于此设计了新型忆阻器,为下一代类脑计算芯片的硬件实现提出了新思路。


国外固态电池研发动态


1、日本丰桥工业大学:证明溶剂极性在电解质液相合成中的重要性,以建立硫化物“全固态电池”的量产技术

丰桥工业大学的 Hirotada Gamo、Atsushi Nagai 副教授、Atsunori Matsuda 教授等人在全固态锂离子电池固体电解质的液相合成中发挥了重要作用。乙腈 (ACN) 被发现是液相合成“Li7P3S11”最合适的溶剂,Li7P3S11 是一种很有前途的固体电解质候选者。 这将导致硫化物基全固态电池量产技术的建立。


2、日本NKK:不织布支撑体应用于全固态电池,可望促进电解质薄膜化与量产

日本高度纸工业(NKK)计划将不织布支撑体推动应用于全固态电池用途。NKK开发的全固态电池用支撑体是将空隙率提高至极限的极薄膜,固体电解质可达到均质、均一的充填。支撑体採用100%聚酯不织布,目前厚度最薄可达15μm。


3、GS汤浅:耐水性提高40倍的全固态电池用含氮硫化物固体电解质将投入实用

 GS汤浅宣布,开发出离子电导率和耐水性提高的全固态电池用含氮硫化物固体电解质,使用计算物质特性的第一性原理计算有效地选择最佳材料。在制造全固态电池时,它有望改善处理并降低制造成本。GS汤浅计划从火箭和卫星等特殊应用开发全固态电池,将继续改进它以在2020年代实际使用。


4、三井矿业开始为全固态电池提供固体电解质和样品

三井矿业已在量产试验设施完成全固态锂离子电池固体电解质的验证,并开始提供样品。该设施将投产,年产量10吨以上,并根据需求扩大到几十吨。虽然是试验设施,但将扩大生产规模,向全面量产迈进。公司生产的“algirodite 型硫化物固体电解质”具有与电解质相同的高水平锂离子电导率,并且具有电化学稳定性。


5、Maxell将展开高电压、高功率之全固态电池商样出货

日本Maxell发表将于近期展开高电压、高输出功率之全固态电池的商样出货。新开发的钮扣型全固态电池采用了硫化物系固体电解质,双极性(Bipolar)构造进而实现了高电压、高功率,将可广泛应用于机器的紧急电源、备用电源,或是电容器的替代品等用途,未来亦可望适用于车载用途。


6、突破性3D打印固态电池技术!黑石磷酸锂铁阴极工艺无需钴或镍

据了解,黑石德国子公司Blackstone Technology GmbH已成功打印并测试了首款可工作的固态电池,并展示了由Blackstone固态电池供电的LED灯。3D打印固态电池使用LFP技术,具有基于磷酸锂铁(LFP)的阴极,这项技术的好处是便宜且不需要钴或镍。公司还计划与其他金属(如NMC电池)进行组合。另外,这类电池不含有毒材料,由水溶性化学物质制成,因此对环境更加友好,且易于回收利用。与当前的锂电池技术相比,LFP电池技术可提供20-25%的能量密度。


7、NASA宣布将从零开始为电动飞机打造固态电池

美国航空航天局NASA消息,该机构的电池研发部门SABERS,决定从零开始为电动飞机打造固态电池。研发部门的目标是打造比现有锂离子电池具有更高能量密度的新型电池,并且不会随时间推移而损失容量,起火风险也会更低。SABERS决定开发固态硫硒电池。这种电池相比锂电池体积更小、能量密度更高,在受到冲击后也可以继续使用。此外,这款电池的好处是利用廉价并易获得的硫元素,能够降低成本。这种固态硫硒电池利用到了一种NASA此前研发的“多孔石墨烯”材料,具有非常高的导电性,并且质量十分轻。


8、纯硅阳极打造高性能全固态电池

美国加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师们与韩国电池制造商LG能源解决方案公司的研究人员合作,使用固态电解质和全硅阳极,创造了一种新型的硅全固态电池。最初的几轮测试表明,新电池安全、持久且能量密集,可提供500次充放电循环,室温容量保持率为80%,为使用硅等合金阳极的固态电池开辟了一个新领域,有望用于从电网存储到电动汽车的广泛领域。


9、Sakuú公司3D打印3Ah锂固态电池

自动化多工艺增材制造 (AM) 领导者Sakuu Corporation(前身为 KeraCel Inc.)于2021年7月28日宣布,已开发出一种3Ah锂固态电池 (SSB),性能等同于或优于当前的锂电池。Sakuú计划在2021年第三季度末和第四季度的向合作伙伴提供电池样品。Sakuú一直在开发第一代SSB电池技术及旗舰增材制造平台,据称平台使用多材料粘合剂喷射工艺,并将于2021年年底投入商业使用。第一代电池包括30个子电池,使用锂金属和陶瓷隔板。另外,电池设计使用当前行业标准阴极材料(未来或许会使用支持更高电压的阴极材料),可产生高达25%的能量。


10、QuantumScape开测首款10层微型固态电池

QuantumScape 披露了其正在测试的10层锂金属电池。这些电池采用了商用规格的70mm×85mm外形尺寸,并在标准温度(25℃)和压力(3.4个大气压)下经历了模拟电动汽车使用频率的1C和C/3(一到三小时)的充放电测试。据悉,QuantumScape正在测试的70mm×85mm 锂金属电池,可在经历约450次充放电循环周期之后,保持约90%的电量。此外硬币大小的30mm×30mm版本,可在经历1000多次充放电循环后,保持约 80% 的容量。


11、瞄准聚合物和硫化物全固态电池 LG新能源开发新一代电池

6月18日,在第11届中国汽车论坛上,LG新能源亚洲营销总经理朴镇庸透露,LG新能源正在着手开发新一代电池,包括拥有更优秀安全性能的聚合物和硫化物的全固态电池。LG新能源希望到2025年能够将聚合物固态电池能量密度提高到500到600瓦时每升,到2030年达到900瓦时每升。全固态电池拥有高能量密度和非常高安全性的表现,在未来能够用在更多移动出行和航天领域。


12、改变电极表面原子排列可改善固体电池稳定性

伊利诺伊大学香槟分校材料科学与工程教授布劳恩和Xerion电池公司合作,研究发现通过控制固体电池材料表面的原子排列,可以改善电极和固体电解质界面接触,从而提高固态电池的稳定性。该研究团队研制了含有钠和锂离子且具有特定原子排列的电极,并通过实验发现锂基和钠基固态电池性能与电极界面原子排列顺序之间存在相关性,使得接触表面积变小和控制电极的原子排列是诊断界面不稳定性和改善电池性能的关键因素。


13、日本公司推出高容量固态电池

日本工业制造商Hitachi Zosen已开发出一种固态电池,据称可成为该行业中容量最大的电池之一。此外,这家位于大阪的公司表示,这种新型固态电池可以在更大的温度范围内运行。它将很快在工业机械和太空中进行测试。这家日本公司在东京的一个展览会上揭开了其固态电池的面纱。日立佐森表示,其新的突破性电池的容量是其先前型号的七倍。日式固态电池的容量为1,000毫安小时(mAh)。此外,它可以在-40o至100oC(-40o至212oF)的温度范围内工作。


14、荷兰LionVolt公司开发3D固态薄膜电池 更轻且高效

据外媒报道,LionVolt公司将提供一种3D固态薄膜电池,比目前的锂电池更轻、更安全和更高效。LionVolt现在将加速基于TNO在过去五年的霍尔斯特中心创造的3D技术的基础上,开发革命性的固态电池。这种创新技术并不是全新的,而是建立在飞利浦研究所(Philips Research)早先开发的概念之上。新电池基于3D技术和固态材料层,用薄的功能材料覆盖数十亿根柱子来制造电池。通过结合3D结构、薄膜和固态电解质,实现电流传导。


15、日立造船开发出世界最大级别全固态锂电池

据日立造船集团官网及《共同社》等媒体消息,日立造船集团利用其公司内部技术,采用独特制造方法,成功实现在无需机械加压的条件下完成了全固体锂离子电池的充放电。日立造船新开发的全固态锂电池容量达到1000毫安时,其储电容量被认为是当前世界最大级别。其适用温度范围广,具体为摄氏零下40度到零上100度。由于能够承受高温、真空等严酷环境,所以它将来在人造卫星、工业机械、医疗器械等领域都具有广泛应用前景。


固态电池产业化动态


1、Solid Power扩大工厂规模 明年年初启动固态电池试生产

在福特和宝马的大力支持下,电池开发商 Solid Power 正在扩大其位于科罗拉多州的工厂规模,并计划在明年年初启动固态电池的试生产。本次规模的扩张主要用于生产该公司的旗舰产品之一,一种基于硫化物的固体电解质材料,其产量将达到目前的25倍。新工厂还将为其商业级100安培电池单元的第一条试验生产线腾出空间。这些小袋电池预计将在2022年初交付给福特和宝马进行汽车测试,目的是在本十年的后半期将其投入可供驾驶的车辆。


2、SKI与Solid Power合作生产固态电池 有望于2026年实现商业化

10月28日,SK Innovation宣布与美国领先的全固态电池开发商Solid Power建立合作伙伴关系,开发能量密度至少为930Wh/L的全固态电池,双方计划在SK Innovation子公司SKOn的锂离子电池工厂生产全固态电池,减少投资成本和设施建造时间。SK Innovation还承诺投资3000万美元收购Solid Power的股份。


3、泰国将建东南亚首家半固态电池工厂

泰国国家石油公司(PTT)计划,将位于该国罗勇府的车用电池工厂产能扩大至1吉瓦时。据悉,这家工厂将是东南亚首家半固态电池生产企业。罗勇工厂的投产运行,使泰国成为继中国和日本之后,亚洲第3个拥有半固态电池生产能力的国家。这座耗资11亿泰铢(约合3350万美元)的电池工厂,现有产能30兆瓦时,归口由PTT旗下电力公司Global Power Synergy Plc(GPSC)负责管理。按照计划,GPSC将首先为电动汽车生产电池,然后开发用于可再生能源储能的固态电池。


4、扩大1GWh产能 赣锋锂业固态电池2022年或装车东风风神E70

东风汽车公司技术中心与江西赣锋锂电科技有限公司正式签约,双方就固态电池示范运营合作进行洽谈,并签订固态电池E70车型示范推广协议。此次签约不仅有利于加快东风公司抢占固态电池技术领域制高点,同时有利于东风风神E70在江西打开市场。


5、三星SDI宣布全固态电池将于2027年开始量产

三星SDI于5月25日宣布,它将在2025年之前开发大型全固态电池单元和原型全固态电池单元,并于2027年开始量产。这家公司还表示,在丰田汽车方面,三星仅次于丰田全固态电池技术相关的国际专利数量。根据三星SDI的数据,日本目前占此类国际专利的68%,其次是美国(16%)和韩国(12%)。该公司解释说:“全固态电池能够在稳定性和能量密度方面克服锂离子电池的局限性。”


6、北京高端制造业基地高性能固态锂电池项目产业化厂房建设开工

按照《北京市人民政府关于加快科技创新构建高精尖经济结构用地政策的意见》有关精神,为更好地承接优质项目,经区政府批准,北京高端制造业基地投资开发有限公司作为主体,实施北京高端制造业基地高性能固态锂电池项目产业化厂房建设,并被列为北京市“3个100”重点工程,主要承接市级重点项目卫蓝新能源高性能固态锂电池产业化项目,目前,项目临建已开工建设。


小结:


一场全球范围内的全固态锂二次电池技术竞赛已经开启,固态电池作为“后锂电时代的必经之路”已是行业共识。电池就像电动车的心脏,固态电池将成为使新能源汽车更安全、性能更理想的关键技术。


参考来源:

电池网、每日经济新闻、综合报道、中国粉体网、锂电前沿、中国有色金属报、科技日报、电池中国CBEA、中科院物理所、深圳先进技术研究院、日刊工业新闻、材料世界网、日本经济新闻、化学工业日报、南京熊3D打印、IT之家、cnBeta.COM、科技部、能源100、太平洋汽车网、中国质量新闻网、参考消息、盖世汽车、站长之家、潇湘晨报等



(中国粉体网编辑整理/青黎)


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作者:青黎

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