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近日,電動汽車初創公司菲斯克(Fisker)固態電池技術獲卡特彼勒投資;宣布在新加坡建電動車廠的戴森也採用的是美國Sakti3研發的固態電池;同時,已宣布進入汽車領域的蘋果公司也一直在研發固態電池技術。
顯然,一直被譽為下一代電池技術的固態電池已經從實驗室研究到了量產研發階段,並獲得了一定的資本青睞,除了寶馬、豐田老牌車企對固態電池競相追逐,一波基於固態電池技術的新興造車勢力也正在崛起。
固態電池產業化呈三大特徵
固態電池即採用固態電解質的鋰電池,一方面可以通過提升電壓平台,來進一步提升電池能量密度;另一方面由於在固固反應中可以減少氣體排放,大幅提高了鋰電池的安全性能。
北京衛藍新能源科技有限公司總經理俞會根曾表示,固態電池具備十大性質:有望抑制鋰枝晶,不易燃燒、不易爆炸,無持續介面反應,無電解液泄露、乾涸問題,高溫性能更好,無脹氣,原材料純度要求降低,正極選擇面寬,非活性物質體積量減少,電芯內部可串聯。
總體來說,不論是安全性還是能量密度,固態電池都是比現在普遍使用的鋰離子電池更適合電動汽車的能量儲存裝置。但就目前而言,固態電池在固態電解質的導電率、內阻、介面阻抗及相容性上還存在不少瓶頸,產業化落地還需要一段時間。現階段各大企業的研發重點是固態聚合物電解質、無機固體電解質的設計及製備技術,固/固介面構築及穩定化技術;並在此基礎上完善電池生產工藝及專用設備的研究,來實現產品的量產。
蓋世汽車梳理髮現,固態電池產業化進展呈現出以下三大特點:
從布局的企業來看,不僅僅是科研單位、材料企業、電池企業在積極研發固態電池,車企尤其是國際車企在缺乏電化學技術積累的情況也對固態電池技術表現出近乎痴狂熱情,諸如寶馬、豐田、日立、現代等大部分車企都在直接或間接的布局固態電池技術,足以可見電動化趨勢下,車企對高性能動力電池的渴求是多麼巨大。
從產業化進展來看,固態電池在汽車領域產業化集中在2025年左右。除固態電池技術領先的豐田外,老牌車企量產固態電池的時間均在2025年以後(豐田預計2022年),而新造車勢力則相對激進,菲斯克、戴森更是將固態電池量產時間定在了即將到來的2020年。
從技術路線來看,固態電池的發展主要分為3大方向。國際上技術成熟度較高、技術沉澱較深的法國Bolloré、美國Sakti3和日本豐田,這三家企業也分別代表了以聚合物、氧化物和硫化物三大固態電解質的典型技術開發方向,其中硫化物固態電解質能量密度潛力最大,技術難度也最高,目前大部分企業主要採用氧化物固態電解質。
值得一提的,固態電池其實也是一個比較寬泛的概念,上/下線非常高,不同產品的實際效果差別很大。比如早在2015年,法國Bolloré就量產了固態電池汽車,並投入2900輛進行運營,但除了安全性,其寬溫性和能量密度都不甚理想,現階段遠遠談不上經濟性。想要成為下一代電池技術,量產還僅僅只是一個開始,只有同時將生產成本、生產效率以及技術參數做到一定程度,才能滿足日益增長的電動化需求。
各車企固態電池產業化進展
儘管業內人士一致認為固態電池將成為下一代電池技術,但由於尚具備不少大規模生產製造的瓶頸,也有不少車企對固態電池不屑一顧,比如剛剛在2018年三季度拿下電動車銷量冠軍的特斯拉,就一直認為固態電池還是一項相當遙遠的技術。不過從各大車企的規劃來看,5-10年內,固態電池或將大規模應用在汽車領域。
以下為蓋世汽車整理的部分車企固態電池研發進展情況,供讀者參考。
豐田2022年量產固態電池
2010-2014年,豐田爆發了一波固態電池相關專利申請的高潮(目前共有電池專利2434項,位列全球第一),其主要的精力是集中在的對硫化物體系固態電解質進行研究,以提高電池的能量密度、電導率、循環壽命、安全性能等性能。2017年,電動市場初具規模,豐田宣布組織200人的團隊加快固態電池研發進度,預計2022年量產固態電池。
大眾2025年量產固態電池
不同於豐田,大眾汽車並沒有獨立研發固態電池技術,而是通過投資QuantumScape來布局固態電池。QuantumScape是史丹福大學前研究人員於2010年成立的風險投資公司,擁有超過200多項關於固態電池的技術專利。2018年7月,大眾向QuantumScape投資約1億美元,目標在2025年前建立固態電池生產線。
寶馬2026年量產固態電池
寶馬一方面在自建電芯研發中心,研發固態電池技術並有望於2026年實現固態電池突破性進展並隨後量產。另一方面,寶馬也積極和Solid Power在固態電池方面深度合作,快速提升電池研發能力。值得一提的是Solid Power被多家車企看好,包括萬向、現代等車企都有向Solid Power投資。
現代2025年量產固態電池
早在2017年,現代就宣布正自主研發固態電池,並已建立中試生產設施。今年7月,現代汽車宣布投資位於麻薩諸塞州的Ionic Materials公司,主要進行固態電池研發工作。有業內人士透露,現代正通過南陽研發中心(Namyang R&D Center)旗下的電池研發團隊進行固態電池的研發,目前已取得一定的技術水平,預計2025年可實現固態電池量產。
戴森2020年量產固態電池
2015年,戴森以9000萬美元的價格收購了位於美國密西根州的固態電池公司Sakti3。Sakti3是一家專門開發全固態電池的公司,在氧化物固態電解質研發上處於領先地位。近日,戴森向海外媒體透露,目前正在開發一種極具創新理念的電動汽車,量產車型將於2020年上市銷售,其電動力系統將採用Sakti3研發的固態電池。
菲斯克2020年量產固態電池
菲斯克最早對外宣稱的動力系統是石墨烯電池,但因研發進度不順而擱淺,2017年菲斯克宣布已就固態鋰電池申請了專利,預計可在2023年量產。2018年8月,菲斯克又稱數月後將量產固態電池,或將搭載在電動跑車EMotion上,預計在2020年上市。近日菲斯克獲卡特彼勒投,此前還獲得過漢鼎宇佑集團的投資。
