中國小康網(wǎng) 獨家專稿
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文|《小康》·中國小康網(wǎng)記者 蘇楓
挑戰(zhàn)目前,全固態(tài)電池尚存在諸多技術難題有待解決,短期內實現(xiàn)產業(yè)化及商業(yè)化仍面臨較大的挑戰(zhàn)。圖源/hellorf
3月1日上午,小米手機發(fā)布了一條動態(tài),宣布小米預研固態(tài)電池技術,目前在實驗室中已經(jīng)取得階段性成果,未來可帶來固態(tài)電池技術的三大提升,即能量密度突破 1000Wh/L、低溫下放電性能提升20%、針刺實驗通過率大幅提升。
據(jù)了解,小米的固態(tài)電池預研團隊正在進行更深入的研究和開發(fā)工作,以將這種技術應用到未來的產品中。
這條新聞對業(yè)界而言意味著什么?什么是固態(tài)電池?
產業(yè)發(fā)展提速
固態(tài)電池是相對于傳統(tǒng)液態(tài)電池而言的,它具有更高的能量密度、更高的安全性和更長的使用壽命等優(yōu)勢。這一技術的應用可以為手機、電動汽車、無人機等產品帶來更好的性能。
固態(tài)電池與現(xiàn)今普遍使用的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池不同的是,它是一種使用固態(tài)電極和固態(tài)電解質的電池,固態(tài)電解質的密度和結構可以讓更多帶電離子聚集在一端,傳導更大的電流,進而提升電池容量。
與目前的鋰電池相比,固態(tài)電池優(yōu)勢相當明顯:首先是它的充電速度可提高幾倍以上,而且不受溫度限制;其次是能量密度翻倍,續(xù)航里程達到1000km以上;更重要的是,由于固態(tài)電解質具有不可燃性、無腐蝕性、無揮發(fā)的特性,化學性質更穩(wěn)定,穿刺后也不用擔心安全問題。
除了可以應用到手機,這種電池在汽車行業(yè)也備受矚目。大眾、豐田等傳統(tǒng)車企和蔚來、合創(chuàng)等新勢力品牌都對固態(tài)電池做出了研究開發(fā)規(guī)劃,不過截至目前,固態(tài)電池在全球范圍都沒有落實到量產階段。國內更多企業(yè)是采用半固態(tài)電池作為過渡方案。
半固態(tài)電池實際上與當前的液態(tài)鋰離子電池關系更近,它仍需要電解液和隔膜,產品形態(tài)上并沒有本質上的創(chuàng)新,屬于改良型的方案。
清陶能源聯(lián)合創(chuàng)始人李崢認為:“從產線和工藝的角度來說,這種半固態(tài)跟傳統(tǒng)鋰離子電池相比,有30%的創(chuàng)新。但它實際上并沒有解決固態(tài)和固態(tài)之間相接觸的界面不夠完美的問題。”
中研普華研究院《2021—2026年中國固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展分析及投資戰(zhàn)略研究報告》顯示:“在1000km續(xù)航里程的競賽中,蔚來、廣汽埃安、高合等車企也在積極與固態(tài)電池生產商合作,共同推進半固態(tài)電池的上車進程。業(yè)內普遍認為,作為過渡技術的半固態(tài)電池商用化即將來臨。半固態(tài)電池依賴于液態(tài)電解質來進行鋰離子交換,但半固態(tài)電解質中的電解液含量已經(jīng)大幅減少。”
在近期的廣州車展上,包括東風汽車(600006)、長安深藍等多家車企都宣布了加速布局固態(tài)電池。其中東風汽車表示正在研發(fā)第二代固態(tài)電池,預計2023年上半年量產搭載,整車續(xù)航可達1000km以上。
車企對固態(tài)電池和半固態(tài)電池裝車躍躍欲試,刺激上游動力電池廠商研發(fā)不斷提速。
國軒高科透露,公司的高安全半固態(tài)電池單體能量密度達360Wh/kg,配套車型的電池包電量達160kWh,續(xù)航里程超過1000km。
此外,還有多家上市公司近日在投資者互動平臺披露半固態(tài)電池最新進展。傳藝科技(002866)表示,公司的半固態(tài)、固態(tài)電池尚處于研發(fā)階段。恩捷股份(002812)表示,公司已與北京衛(wèi)藍新能源、溧陽天目先導成立合資公司江蘇三合,共同合作研發(fā)并生產固態(tài)電解質涂層隔膜,布局半固態(tài)電池領域,目前項目正在順利推進中。
資本市場更是對固態(tài)電池表示看好,贛鋒鋰業(yè)(002460)、天齊鋰業(yè)(002466)等多家上市公司股價應聲上漲。
在融資方面,資本競相入局,搶灘固態(tài)電池領域。2022年以來,多家固態(tài)電池企業(yè)在一級市場獲得投資,包括恩力動力、衛(wèi)藍新能源、太藍新能源、高能時代等。投資方除了創(chuàng)投機構、政府投資機構,也不乏車企、電池企業(yè)等產業(yè)投資者。定位于全固態(tài)電池技術的高能時代于今年3月宣布完成超5000萬人民幣天使輪融資,投資方包括電池企業(yè)。
作為動力電池的終極目標,半固態(tài)與固態(tài)電池企業(yè)持續(xù)獲得資本賦能與資源傾斜,疊加車企、電池企業(yè)入局,固態(tài)電池產業(yè)化進程穩(wěn)步推進。
據(jù)了解,在頭部動力電池企業(yè)中,寧德時代(300750)、中創(chuàng)新航、孚能科技等都已公開表明在固態(tài)電池技術方面有所布局。
北京特億陽光新能源科技有限公司總裁祁海珅表示,目前固態(tài)電池處于產業(yè)化前期,不同技術路線有不同的企業(yè)在跟進,核心問題是材料性能的改善。
江西新能源科技職業(yè)學院新能源汽車技術研究院院長張翔認為,目前多家企業(yè)半固態(tài)電池剛走出實驗室階段,有的企業(yè)步入中試階段,量產還需經(jīng)歷緩慢的爬坡過程。另外,企業(yè)的產品良率以及供應鏈建設將面臨考驗。
在國內,半固態(tài)電池的積極參與者還有蔚來汽車、孚能科技等。
蔚來聯(lián)合創(chuàng)始人秦力洪近日表示,搭載150kWh半固態(tài)電池的車型將于今年上半年推出,車型很可能是蔚來ET7,電池來自衛(wèi)藍新能源。
孚能科技近日表示,目前公司已有半固態(tài)電池產品實現(xiàn)了量產裝車。此前消息顯示,孚能科技的半固態(tài)電池中試樣品能量密度達到330Wh/kg,并且已布局400Wh/kg產品。
國際與未來
全球范圍內,各車企和電池企業(yè)都在積極布局固態(tài)電池技術。固態(tài)電池的技術發(fā)展采用逐步顛覆策略,從發(fā)展路線來看,液態(tài)電解質含量逐步下降,從傳統(tǒng)液態(tài)電池到最終全固態(tài)電池的發(fā)展可以分為五大階段:(1)傳統(tǒng)液態(tài)電池;(2)凝膠態(tài)電池;(3)半固態(tài)電池;(4)準固態(tài)電池;(5)全固態(tài)電池。
反觀國外,車企和相關電池企業(yè)似乎跳過了半固態(tài)階段,集中火力進攻全固態(tài)堡壘。
不久前,德國寶馬集團宣布,寶馬將打造全固態(tài)電池中試生產線,2025年推出首輛原型車。
近日,日本汽車制造商日產(Nissan)宣布,正在全力推出一款裝載全固態(tài)電池的電動車。日產負責歐洲研發(fā)的高級副總裁大衛(wèi)·莫斯(David Moss)稱,日產研發(fā)的全固態(tài)電池和現(xiàn)在的液體電解液鋰離子電池相比,成本會降低50%,能量密度提高1倍,并且可提供比現(xiàn)在電池快3倍的充電速度。
據(jù)悉,日產正在和英國牛津大學合作開發(fā)這項技術,已經(jīng)從紐扣電池開發(fā)到10cm的方形電池。日產計劃在2025年建立并運行全固態(tài)電池試點生產廠,到2026年完成初始技術的工程設計,然后在2028年首次應用在汽車上,逐步實現(xiàn)量產。
豐田、松下、京都大學、日本理化學研究院等38家汽車、電池、材料企業(yè)和科研機構聯(lián)合,計劃到 2030 年前后將固態(tài)電池組每千瓦時的成本降至鋰電池的 30%。
除此之外,韓國三星 SDI 和 SK電池企業(yè)也在聯(lián)合研發(fā)固態(tài)電池。
總之,全固態(tài)電池尚存在諸多技術難題有待解決,短期內實現(xiàn)產業(yè)化及商業(yè)化仍面臨較大的挑戰(zhàn)。目前行業(yè)尚處于半固態(tài)向全固態(tài)發(fā)展的階段,半固態(tài)電池基本滿足當前商業(yè)化應用需求,有望率先實現(xiàn)量產,根據(jù)技術發(fā)展和市場需求逐步調整向全固態(tài)迭代。業(yè)內預計全固態(tài)鋰電池將在2020—2025年期間實現(xiàn)小批量生產,大規(guī)模商業(yè)化則需等到2030年左右。
固態(tài)電解質是固態(tài)電池的核心,電解質材料對電池的各項性能參數(shù)有著決定性影響,如功率密度、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性能、高低溫性能以及使用壽命。目前比較成熟的固態(tài)電解質分為三類:聚合物、氧化物、硫化物。從技術路線上看,三種技術路線皆有企業(yè)布局,其中歐美企業(yè)偏好聚合物與氧化物體系,而日韓企業(yè)則更多致力于研發(fā)硫化物體系。
固態(tài)電池正在確認自己的輝煌未來。
(《小康》·中國小康網(wǎng) 獨家專稿)
本文刊登于《小康》2023年4月上旬刊
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