丰田自2012年开始研究固态电池,并最近宣布已经取得了“技术突破”。预计最早在2027年,丰田将开始生产这种新型电池。这些固态电池能够为电动汽车提供高达1200公里的续航里程,这是目前许多现有车型续航里程的两倍左右。而且,这些电池只需要大约十分钟就能充满电。
固态电池是指采用固态电解质代替有机液态电解液的锂离子电池,针对电动汽车在续航、安全性等方面的短板,固态电池的高安全性和更高能量密度,使其成为了各个国家新能源技术研究的重点。
1 固态电池背景:7月4日,丰田公司宣布,已经在固态电池技术上取得了重大突破,能够将电池的重量、体积和成本减半;6月30日,卫蓝新能源将开发两年多的360Wh/kg半固态电池正式交付给蔚来。
在A股市场上,布局固态电池产业的上市公司已经超过60家,不乏宁德时代、赣锋锂业这些龙头企业
过去10年,液态锂电池的能量密度提升了2-3倍,目前已接近理论上限。
业界估计,液态锂电池的能量密度上限为350Wh/kg左右,能让新能源汽车的续航达到1000公里左右,而固态电池则能达到400Wh/kg以上,足以打破新能源车的“里程焦虑”
宁德时代 140kWh电池能量密度为200Wh/kg
比亚迪72kWh刀片电池能量密度为150 Wh/kg
2 固态电池的优势:
固态电池因有望解决目前动力电池能量密度低和安全隐患两大痛点。
1) 能量密度高
固态电池的正极材料、电解质、负极材料的薄层进行堆叠,加上双极结构设计,相同体积和质量情况下,能够提升电芯容量。
2) 安全
传统键离子电池的液态电解质存在泄漏、易燃、热稳定性差等缺点,固态电解质没有液体泄漏风险,固态电池熔点、沸点均较高,不易燃、耐高温、无腐蚀、不挥发,同时固体电解质机械强度较高,热稳定性和电化学稳定性比电解液更好。
3) 循环寿命长
能解决SEI膜持续生长、过度金属溶解、正极材料析氧、电解液氧化、析锂等问题,可大大提升电池的循环性和使用寿命
(SEI膜位于电池的电极和电解质之间,它在电池的充放电循环中起着关键作用。)
4) 应用温度范围宽
液态锂电池通常使用易燃的电解液,受于电解液闪点低、隔膜融化温度低。在80°以上存在着火风险,而固体电解质即使在200°C也难以燃烧可以承受150°C的高温。
3 固态电池挑战
4 固态电池发展现状
丰田率先研发了固态电池,全球固态电池专利数量最多,开发目标是在2022年推出的下一代Prius车型上实现首次搭载。日立造船开发出了容量全球最大级别,达到1 000 mA的全固态电池。
2020年3月三星高等研究院和三星日本研究所在期刊Nature Energy上发表了固态电池最新进展。该固态电池体积比相同容量传统锂离子电池减小一半,单次充电可行驶800 km,充放电次数高达1 000次。
美国QuantumScape于7月份宣布现已推进10层固态电池的测试。这是QuantumScape正在向商业上可行的电动汽车固态电池迈进的另一个重要迹象。
中国宁德时代、蜂巢能源、赣锋锂业、清陶能源、卫蓝新能源等企业均在积极研发固态电池,建设固态电池生产线甚至部分已投产,商业化应用时间集中在2025—2030年。
要在短期内实现全固态电池的量产可能性不大 “从液本到半固本再到固态”的渐进式发展路线成为优选方案。
半固态作为一种过渡路线,已经迎来量产装车的关键时点。比如:
今年7月,蔚来更新了用户手册,在全新6款车型的手册中都添加了关于150kWh半固态电池包的详细信息,
今年1月,东风岗图在”追光”发布会上宣布,"追光”采用自研的“云母”电池系统,其搭载的82度电的动力电池是行业首个量产装车的半固态电池。
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