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比锂电池更安全、性能高20%的固态电池横空出世
发表于:2019-01-30
来源:能源网|作者:匿名

2018年年底,成立于2010年的半固态锂电池研发企业——美国24M公司对外宣布,该公司已获得D轮2180万美元融资,资本方来自高级陶瓷制造商日本京瓷集团和全球贸易公司伊藤忠商事。

这家公司系从曾经的行业龙头——美国磷酸铁锂电池企业A123分拆出来,由中国台湾科学家蒋业明博士创立。该公司宣称将从2019年开始建立一个小型产业化工厂,希望在2020年交付首批产品,为电动汽车开发价格合理的高能量密度电池。

24M是新一轮全球动力电池产业竞赛的一个缩影。从全球来看,中国、日本、韩国、德国、法国、美国、英国、澳大利亚等国家的诸多汽车企业和电池企业纷纷下注固态电池,希望打造下一个超级明星公司。

那么,为什么固态电池能受到如此大的追捧?

固态电池,即使用固体电极和固体电解质的电池,而当前市面上最常见的锂离子电池通常是含有液态电解质的。

和锂离子电池相比,固态电池的优势表现在两个方面:能量密度大和安全性能好。

据中科院物理所研究员、固态离子学课题组组长黄学杰介绍,固态锂电池采用金属锂作为负极,固体无机或高分子材料作为电解质,能量密度比采用同类型正极材料的锂电子电池高20%~30%。

除能量密度外,安全性是固态电池的更大优势。对此,中国科学院青岛生物能源与过程研究所副研究员董衫木表示,目前液态锂电池选择使用的液态有机电解液易燃易爆,用固态电解质代替液态电解液,是公认可以提升锂电池安全性能最为有效的方法之一。

据清华大学材料学院副教授李亮亮分析,固态电解质不易燃,还不会产生液态电解液,因此不带腐蚀性,是解决电池安全性问题的有效方法,也符合未来电池发展的趋势。同时,固态电解质较高的机械强度也能有效地抑制电池循环过程中锂枝晶的刺穿,使锂金属负极的应用成为可能。

根据固态电池中固态电解质的状态,可以将固态电池分为全固态和半固态电池,前者的电解质是纯固态,但在电芯中有少量的液态电解质,后者就是一半固态电解质、一半液态电解质,如前述的24M这家公司的产品。

虽然固态电池具有高安全性、高能量密度、循环次数高、相对较轻等特点,但界面阻抗大(电解质跟材料界面是固—固状态,不利于锂离子传输)、快充难度大(高阻抗、低导电率导致内阻大)、成本高等一系列问题尚待解决。”劲邦资本合伙人王荣进如此分析。

中科院青岛生物能源与过程研究所研究员崔光磊认为,现在的固态电池还停留在研发阶段,主要是因为固态电池存在容量衰减、内阻增加、内路短、热失控、日历等失效行为,降低了电池的能量密度、功率密度、循环寿命、安全性和可靠性。

从实操的角度来看,清陶新能源材料研究院院长何泓材认为,固态电池研发和生产的挑战主要在于:高离子导电率固态电解质材料的开发、固体与固体之间的接触界面高阻抗和稳定性、固态电池特需设备的开发等。只有对这些挑战都找到解决方案,固态电池才能够实现量产。

不少创业公司可能仅仅在其中一两点上有自己的解决方案,最终还是没能实现固态电池的产业化。

在王荣进看来,固态电池的应用演进路径是:先要在消费电子领域推广,经过充分的验证后, 再经过1~2年整车测试验证,才能真正在汽车上使用,这一过程至少还需要5~7年。

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