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财通电新张磊:固态电池处于卡位状态 资本有望持续投入进来

2024固态电池产业生态圈企业家峰会现场

2024固态电池产业生态圈企业家峰会现场

能源财经网6月30日讯(常青 林音 江苏苏州报道)6月28日,固态电池行业盛会——2024固态电池产业生态圈企业家峰会在苏州相城举行。本届论坛由中关村新型电池技术创新联盟、电池百人会、苏州市新时代工商管理企业家联合会新能源专委会主办,本次盛会汇聚全球产学研金用等各界力量,围绕“新技术 新赛道 新力量”这一主题掀起头脑风暴,共同探讨固态电池技术的最新进展、面临的挑战、解决方案及未来的发展趋势,推动其商业化进程,搭建起深度沟通、合作的桥梁和纽带。 

2024固态电池产业生态圈企业家峰会现场

财通电新电动车首席分析师张磊

28日下午,财通电新电动车首席分析师张磊在论坛上做了题为《固态电池-卡位之战》的主题演讲,分享了动力电池技术演变、固态电池研发核心、固态电池材料升级和面临的挑战等,能源财经网摘选了其部分精彩观点,以飨读者:

“动力电池的技术发展主要可以分为高能量和性价比两条路线,化学体系的迭代是动力电池行业发展的核心。”张磊表示,动力电池的发展趋势叠加低空经济等新应用场景的爆发,加速固态电池产业发展。

固态电池化学体系升级

张磊介绍,近年来,动力电池不断创新升级,续航从100到1000公里;能量密度从100到300Wh/kg;成本从4到0.4元/Wh。面向未来,动力电池的三大技术趋势则是更高安全性(减少电解液);更加智能(自动化和大模型);更高性能(材料创新与全固态,重点是电解质)。

固态电池采用不可燃的固态电解质替换可燃性的有机液态电解质。固体电解质除了传导锂离子,也充当了隔膜的角色,正负极添加剂等迎来升级的空间。

在安全性方面,固态电池无燃烧和产气风险。传统电解液易与正负极材料反应,腐蚀、产气等,固态电池材料失稳温度400度以上(硫化物与三元正极);此外,电池受到外力撞击正负极短路,引起的电火花会瞬间爆燃,电解液泄漏等。

在能量密度方面,固态电池的电化学窗口可以达到5V以上,传统电解液体系电化学窗口一般小于4.5V;可以允许高电压正极材料的使用;电化学窗口指在这个电位范围内,电解质没有电化学反应发生。

在寿命方面,液体电解质会与电极材料、封装材料缓慢地相互作用和反应,长期会发生干涸、挥发、泄漏。固体电解质则可以避免,从而有望显著延长服役寿命、降低电池整体制造成本、降低电池制造技术门槛,有利于大规模推广使用。

张磊提到,固态电池前期研发核心在于固态电解质。按照电解质材料的不同,固态电池可以分为聚合物、氧化物、硫化物三种体系电解质。其中,聚合物电解质属于有机电解质,氧化物与硫化物属于无机陶瓷电解质。其中,聚合物易加工但电导率低;硫化物性能最佳,成本最高;氧化物成本&性能均衡;卤化物电解质成本低于硫化物,且电导率更高,但与负极接触时会发生反应。

此外,负极材料是短期能量密度提升的关键,包括石墨负极-硅基负极-富锂负极-锂金属负极。

“界面阻抗问题是影响固态电池电化学性能的关键因素,约6000个大气压下才能实现较好的离子接触结果。”张磊强调,目前全固态电池还面临着固态界面问题、离子电导率低影响充放电速率等问题尚未解决。

固态电池全球研发进展

固态电池在世界范围内尚处于研发和中试阶段,中、日、韩在固态电池开发领域处于技术领先地位。下一代动力电池的产业化已经提上日程,未来几年,全球或将会以政策引导、资金补贴、产业链协同等方式加快推进锂金属电池的产业化进程。

从各国的技术路线来看,日本绝大部分公司以硫化物路线为核心,目前丰田在固态电池领域研究已持续近10年,预计其产品推出时间为2026-2028年。

韩国在技术路径方面均以硫化物电解质为主,研究固态电池的企业主要有三星SDI、LG和现代汽车等。

美国在能源部(DOE)科学基金和国家实验室研究的推动下诞生很多初创公司,如QuantumScape、SEEO、SolidPower、SolidEnergySystems、IonicMaterials等,路径以聚合物电解质和氧化物电解质为主,负极多采用锂金属。

而中国选择了固液混合电池的路线,目前卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂业及台湾辉能等公司已分别开发出半固态电池样品,全固态电池尚在实验室研发中,初创企业以氧化物、聚合物居多,主流锂电池巨头均采用硫化物路线(宁德时代、比亚迪、亿纬锂能)。

目前,国内固态电池的发展主要包括三个阶段:第一阶段,引入部分固态电解质,降低电解液的含量,正极依然采用传统铁锂或三元正极;第二阶段,提高固态电解质含量完全取代液态晶体液;最终阶段,固态电解质膜进行设计,进一步提升能量密度。

此外,在车企布局方面,国内例如比亚迪、蔚来、长城、广汽、上汽等已经陆续公布研发方向,半固态电池开始陆续装车;日韩例如丰田、本田、现代、日产等均已发布全固态电池研发计划;欧美例如宝马、大众、通用等则主要投资固态电池初创汽车继而引入车系。

“固态电池在全球来说,是一个卡位的阶段,资本会更多投入进来,去选择这里面能够解决关键的界面阻抗和电导率问题,或者在正极、负极上有创新的工作。”张磊说道。

(以上观点根据论坛现场速记整理,未经发言者本人审阅。)

【责任编辑:常青 林音】

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