转发:纪要|固态电池技术产业化专家电话会议纪要

日期:20201224

嘉宾:中科院资深固态电池专家

事件:1月9日发布蔚来 ET7 ,最吸引产业关注的主要是半固态电池和激光雷达,周末讨论最多的主要是半固态电池这一块,按照蔚来的公布2022年新能源汽车续航达到1000公里,这无疑于算是颠覆产业了。这里我再次发下20201224日一场关于固态电池的专家电话会纪要,以供大家更好的理解固态电池;同时,奉上东吴电新团队整理的一份关于固态电池信息整理 供大家参考!

纪要重点:
固态电池优点主要体现在安全性和能量密度提升上,使用锂金属负极显著提升能量密度,可将现有300Wh/kg的能量密度提升至500Wh/kg。而固态电池可抑制锂枝晶的生长,使锂金属负极运用成为可能,同时降低非活性物质,可以省去冷却系统,也能够提升能量密度。全固态电池不含电解液,安全性较高。
固态电池缺点是固固界面容易接触不良,固态电池生产成本比较高,产业化尚远。
固态电池主要技术路线分为三类,聚合物材料生产工艺接近现有设备,氧化物导电率高于聚合物,但固固接触不良,硫化物离子导电率最高,是全固态电池未来最可能的技术路线,但离子产品成本/价格非常高、空气稳定性较差。
产业化进度方面,中日韩欧美共53家企业布局研发固态电池,其中9家专注硫化物固态电池。中国氧化物固态电池技术全球领先,龙头台湾辉能、江苏清陶、北京卫蓝、赣锋锂业已有产品商用;美国初创公司中Solid Power预计固态电池上市2021年,装车时间2026年,QuantumScape主打1000Wh/L以上、380-500Wh/kg的高能量密度;日本举全国之力,联合丰田、松下等公司和高校发展硫化物固态电池,预计2025、2030硫化物全固态电池在日本动力电池市场的渗透率分别达50%、95%以上;韩国三星已经开发出60摄氏度下1000多循环的硫化物全固态电池。
固态电池会完全取代电解液和隔膜,但正负极活性材料还是保持原有材料体系,到全固态技术下可能电池制备工艺会有大的改进,但对充换电不会有大影响。当前固态电池在安全性、能量密度、工作温度范围、倍率性能、循环寿命等各类指标全方位优于当前液态电池,定位也是全方位取代锂离子电池,只待成本降低。

一、对现有产业的影响
①对锂电池几大材料影响
固态电池会完全取代电解液和隔膜,但正负极活性材料不需要做大的更改,活性材料还是保持原有材料体系,比如开发的高能量密度全固态或固液混合电芯的正极材料还是高镍三元等,负极材料仍然是石墨或硅碳等。固态电池很大的优势就是提升能量密度,这直接和正负极材料相关,如果单纯把电解液和隔膜换成固态电池,固态电池能量密度会下降,为了保持能量密度上升需要把石墨负极换成硅氧甚至锂金属。锂金属的安全性和循环寿命是很大问题,尤其是安全性会造成短路,因此硅氧和硅碳是固态电池体系比较好的过渡阶段。从现有技术趋势看性能最好的QuantumScape和三星都是无锂负极技术,这也是很好的技术手段。

②对现有电池技术、充电站/桩、新能源汽车的影响
现在的固液混合电池如北京卫蓝、江苏清陶等还是使用大量的锂离子电池现有工艺,仍保有电解液,其电池制备工艺不变,意味着这种固液混合电芯生产线和生产设备都可以从现有锂离子生产线生产商去买。但全固态电池制造工艺完全不同,目前仍无企业已经做出直接产业化的全固态电池路线,因此现有的固液混合情况下生产线可以兼容,只有到全固态技术下可能电池制备工艺会有大的改进。至于充电仍然取决于正负极材料本身的倍率性能,因此不用做大的改动。现在的很多新能源汽车是支持换电的,可以单纯将电池包换成固态电池的电池包,包括政策导向支持换电,总体来看并不影响新能源汽车其他部件的运作,只需要换电池即可。

③与铅酸和锂电的区别、替代问题
在储能领域目前铅酸电池仍然是占据主要市场份额。锂离子电池都不能挤占铅酸电池市场,目前锂电主打高端市场,铅酸主打低能量密度市场,可能和铅酸电池竞争的主要是钠离子电池,钠离子电池也主打低成本,国内第一梯队的中科海钠口号就是铅酸价格和锂电性能,其目标定位是用钠离子取代铅酸并且和锂离子互补。固态电池的成本和价格远高于锂离子电池,因此不会去和铅酸电池竞争,只会和锂离子电池竞争。
当前固态电池在安全性、能量密度、工作温度范围、倍率性能、循环寿命等各类指标全方位优于当前液态电池,定位也是全方位取代锂离子电池。一开始用于军工、航空航天等,后续发展至新能源汽车领域,不局限于极寒领域替代锂离子电池。随着技术成熟会在各大主流市场取代锂离子电池。

二、固态电池产业链
目前会有不少公司生产固态电解质相关材料,主要是面向科研院所,至多是公斤级的制备,像硫化物领域我国有宁波锋锂硫化物固态电极材料销售。伊诺凯和凯亚达是在经销硫化物材料,氧化物现在是科晶在经销锂镧锆氧以及磷酸钛铝锂的材料,聚合物包括青岛能源所崔光磊老师团队,氧化物的郭向欣老师团队有在做公斤级制备和销售。现在其制备和销售并没有太多。正负极材料可以直接向现有的正负极材料生产商采购并做简单处理后用于固态电池中,比如杉杉、当升、格林美、巴斯夫、住友、优美科,负极有贝特瑞、璞泰来、国轩高科、日立化成等,固态电池材料很多企业自己在做并有所购买,自己做的程度比较大。另外电芯等组件和现有锂离子电池兼容可以外购。

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