固態電池：下一代電池路線

固態電池：下一代電池路線

14月XNUMX日，根據《韓國時報》等媒體報道，三星計劃與現代合作開發電動車，並為現代電動車提供動力電池和其他車聯網零件。 媒體預測，三星和現代將很快簽署一份關於電池供應的非約束性諒解備忘錄。 據悉，三星向現代汽車推出了最新的固態電池。

根據三星介紹，當其原型電池充滿電時，可以​​讓電動車一次行駛800公里以上，電池循環壽命超過1,000次。 其體積比同容量的鋰離子電池小50%。 為此，固態電池被認為是未來十年最適合電動車的動力電池。

2020年XNUMX月上旬，三星高等研究院（SAIT）和日本三星研究中心（SRJ）在《自然能源》雜誌上發表了《由銀啟用的高能長循環全固態鋰金屬電池》。 「碳複合負極」介紹了他們在固態電池領域的最新進展。

這種電池採用固態電解質，在高溫下不易燃，還可以抑制鋰枝晶的生長，避免擊穿短路。 此外，它採用銀碳（Ag-C）複合層作為陽極，可將能量密度提升至900Wh/L，具有超過1000次循環的長循環壽命，以及非常高的庫倫效率（充電和放電效率）為99.8 %。 一次付款後即可驅動電池。 汽車行駛了800公里。

不過，發表論文的SAIT和SRJ是科研機構，而非專注於科技的三星SDI。 文章僅闡明了新型電池的原理、結構和性能。 初步判斷電池仍處於實驗室階段，短期內難以量產。

固態電池與傳統液態鋰離子電池的差別在於，採用固態電解質取代電解液和橫膈膜。 沒有必要使用嵌鋰石墨陽極。 而是採用金屬鋰作為負極，減少了負極材料的數量。 具有更高本體能量密度（>350Wh/kg）和更長壽命（>5000次循環）以及特殊功能（如柔性）等要求的動力電池。

新系統電池包括固態電池、鋰液流電池和金屬-空氣電池。 這三種固態電池各有優勢。 聚合物電解質為有機電解質，氧化物及硫化物為無機陶瓷電解質。

縱觀全球固態電池企業，有新創企業，也有國際廠商。 電解液體系中各家企業各自為政，信仰不同，沒有出現技術流動或整合的趨勢。 目前，部分技術路線已接近產業化條件，固態電池自動化之路已在進展中。

歐美公司更喜歡聚合物和氧化物系統。 法國 Bolloré 公司率先將聚合物固態電池商業化。 2011年30月，其搭載XNUMXkWh固態聚合物電池+雙電層電容器的電動車進入共享汽車市場，這在全球尚屬首次。 用於電動車的商用固態電池。

薄膜氧化物固態電池製造商Sakti3於2015年被英國家電巨頭戴森收購，受制於薄膜製備成本與規模化生產難度，一直沒有量產長期生產產品。

Maxwell對於固態電池的規劃是先進入小型電池市場，2020年量產，2022年用於儲能領域。為了快速商業化應用，Maxwell可能會先考慮嘗試半固態電池。短期內固態電池。 但半固態電池價格較高，且主要用於特定需求領域，大規模應用有困難。

非薄膜氧化物產品綜合性能優良，目前正在開發中。 台灣惠能和江蘇青島都是這條賽道上的知名選手。

日韓企業更致力於解決硫化物體系的產業化問題。 豐田、三星等代表企業加速佈局。 硫化物固態電池（鋰硫電池）由於能量密度高、成本低，具有巨大的發展潛力。 其中，豐田的技術最為先進。 發布了安培級的Demo電池及電化學性能。 同時，他們也採用了室溫電導率較高的LGPS作為電解液，製備了較大的電池組。

日本啟動了一項全國性的研究和開發計劃。 最有前途的聯盟是豐田和松下（豐田有近300名工程師參與開發固態電池）。 該公司表示將在五年內實現固態電池的商業化。

豐田和NEDO開發的全固態電池的商業化計劃首先是利用現有的LIB樂觀和有害材料開發全固態電池（第一代電池）。 之後，它將採用新的正負極材料來提高能量密度（下一代電池）。 豐田預計2022年將生產固態電動車原型車，2025年將在部分車型上採用固態電池，2030年能量密度可達500Wh/kg，實現量產應用。

從專利數量來看，固態鋰電池前20名專利申請人中，日本企業佔11家。其中豐田申請最多，達1,709件，是第二名松下的2.2倍。 前10名企業均為日韓企業，其中日本8家，韓國2家。

從專利權人全球專利佈局來看，日本、美國、中國、韓國、歐洲是重點國家或地區。 除本土申請外，豐田在美國和中國的申請數量最多，分別佔專利申請總量的14.7%和12.9%。

我國固態電池的產業化也不斷探索。 根據我國技術路線規劃，2020年將逐步實現固體電解質、高比能量正極材料合成、三維骨架結構鋰合金建構技術。 將認可300Wh/kg小容量單體電池樣品製造。 2025年，固態電池介面控制技術將實現400Wh/kg大容量單體電池樣品及成組技術。 預計2030年固態電池和鋰硫電池可實現量產和推廣。

寧德時代IPO募資計畫中的下一代電池包括固態電池。 根據NE時報報道，寧德時代預計至少到2025年實現固態電池的量產。

整體來看，聚合物系統技術最成熟，首款EV級產品誕生。 其概念性和前瞻性引發了後來者加速研發投入，但性能上限制約了成長，與無機固體電解質複合將是未來可能的解決方案； 氧化； 在材料體系中，薄膜類型的發展著重於產能擴張和規模化生產，非薄膜類型的綜合性能較好，是目前研發的重點； 硫化物系統是電動車領域最有前景的固態電池系統，但在成長空間巨大、技術不成熟的兩極化形勢下，解決安全問題和介面問題是未來的重點。

固態電池面臨的挑戰主要包括：

• 降低成本。
• 提高固體電解質的安全性。
• 在充電和放電過程中保持電極和電解質之間的接觸。

鋰硫電池、鋰空氣等系統需要更換整個電池結構框架，有越來越顯著的問題。 固態電池的正負極可以繼續使用目前的體系，而實現難度相對較小。 固態電池作為下一代電池技術，具有更高的安全性和能量密度，將成為後鋰時代的必經之路。