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    固態電池,新能源汽車行業下一高地?

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      中國商務新聞網 在新能源汽車賽道,固態電池正成為新寵。今年1月9日,蔚來高調發布了能量密度達360Wh/kg的150kWh固態電池包以及搭載該電池包續航將超1000km的蔚來ET7轎車;3月15日,大眾集團在其Power Day上,表示未來將著力發展固態電池技術,并預計2025年投入使用;緊隨其后,寶馬集團在4月同樣發布規劃稱,計劃在2025年前推出搭載固態電池的原型車,并在2030年前實現量產。不僅如此,寧德時代、松下、LG化學等動力電池巨頭也紛紛布局固態電池。

      優勢明顯

      賽迪智庫安全產業研究所研究員李泯泯說,豐田、寶馬、大眾、三星等巨頭企業都投入了大量資金用于固態電池研究,豐田更是計劃在2021年東京奧運會上推出其搭載固態電池的純電動示范車?!爱斍?,固態電池技術研發已經被推上了潮頭浪尖,目前全球已有53家企業在布局研發固態電池,預計到2025年開始小批量進入市場,將成為電動汽車取代燃油汽車的制勝利器?!?/span>

      根據國務院辦公廳2020年印發的《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035年)》,國家計劃到2025年把新能源汽車的銷量推高到占據新車總銷量的20%左右,并在“新能源汽車核心技術攻關工程”專欄中明確要求“加快固態動力電池技術研發及產業化”。

      固態電池是什么,為何巨頭們紛紛將目光聚焦于此?李泯泯解釋道,目前新能源汽車上最廣泛使用的三元鋰電池是液態電池,一般由正極、隔膜、負極,再灌入電解液制造而成。而固態電池,顧名思義就是其結構中不含液體,材料都以固態形式存在。數據原型表明,與相同重量和體積的鋰離子電池相比,固態電池可以存儲多達80%的能量。具有較高能量密度的鋰金屬可以代替石墨,從而有助于減少電池的重量和體積。

      實際上,液態電解質鋰電池的研發已經觸達天花板,經十多年的發展,鋰電池能量密度水平已從初始時的100Wh/kg提升到了250Wh/kg左右,即便是特斯拉目前用的全球能量密度最高的動力電池,能量密度也不過300Wh/kg。而能量密度是普通鋰電池十幾倍、充電速度也是鋰電池幾十倍的固態電池顯然成為了新能源汽車電池發展的突破口。

      固態電池的優勢還不止于此。李泯泯分析認為,固態電池還能夠有效解決新能源汽車的環保和安全問題。一是固態電池大幅減少原材料的使用,其中銅和鋁的使用將大比例下降,石墨和鈷可以完全從原材料中剔除。二是固態電池更輕巧,可以像砌磚一樣堆疊在墻上,這使其更容易應用到不同的汽車設計中。三是固態電池的里程數可大幅增加,由于其可在10分鐘左右充滿電,并具有更高的能量密度,因此與鋰電池相比,可以提供兩倍或更多的行程。此外,回收固態電池是一個更簡單、更安全的過程。

      面臨挑戰

      不過,電解質從“液態”轉向“固態”充滿挑戰。李泯泯坦言,首先,在固態電解質選擇、電芯設計上需要不斷解決循環過程中固相界面接觸及體積膨脹問題,這其中,氧化物材料、聚合物材料、硫化物材料等不同材料的固態電池都各自面臨著不同的缺陷和短板。其次,固態電池批量制造尚存在阻礙。最后,固態電池在搶占市場占有率方面存在劣勢,目前固態電池還處于試驗階段,遠遠達不到商用要求。

      盡管如此,日本、美國、韓國等國相關巨頭和新興企業都早已入手布局固態電池領域。如日本豐田在2019年年初宣布與松下合作將固態電池從試制向產業轉化,本田、三菱、日產等企業也加速布局相關行業;美國新興固態電池企業Quantum Scape宣稱已經攻克固態電池技術障礙并已經生產出產品;韓國三星利用其強大的財團背景對全球范圍內固態電池技術相關項目或公司進行了較大規模的投資、參股或技術跟蹤……

      李泯泯坦言,縱觀全球固態電池的發展格局,我國科研機構和相關企業擁有趕上并超越世界一流技術水平的絕佳機會,但還需要大力改進工作方式和加大工作力度。相比而言,目前我國基礎研究機構與企業的合作不夠密切,產、學、研鏈條沒能打通。

      對于如何提升固態電池研發,李泯泯認為,國家還需從政策層面進行引導,一方面,分類下達重點研發計劃、地方政府重點科技項目、產學研合作項目等,針對電動汽車、智能電網、國家安全等領域應用需求,針對不同類型的正負極材料、不同性能的固態鋰電池,布局有關基礎研究、關鍵技術攻關,以及產業化培育項目。另一方面,在關鍵原材料、電芯制造、裝備制造、電源管理、電池模塊、系統應用、診斷測試等產業鏈各個環節進行布局。此外,國家還應盡快建設高水平的國家級研發診斷測試平臺,提升我國固態鋰電池的技術保障能力。

      “可以預見,未來的4~5年內車用固態電池技術將迎來突破性進展和快速發展期,新能源汽車動力大變局即將到來?!崩钽f。