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動(dòng)力電池何時(shí)走向固態(tài)化?

來(lái)源:中國化工報 時(shí)間:2024-02-05 09:11:49 瀏覽次數:

“雙碳”背景下,全球能源結構加速向清潔化轉型,新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在其中扮演了重要角色,發(fā)展勢頭迅猛。而作為其核心部件的動(dòng)力電池也進(jìn)入了快速增長(cháng)期,產(chǎn)能過(guò)剩等問(wèn)題同步出現,給行業(yè)發(fā)展造成困擾。近日,有專(zhuān)家指出,動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)正處于新一輪材料創(chuàng )新周期,固態(tài)電池已成為行業(yè)破局焦點(diǎn),但固態(tài)電池技術(shù)還面臨一系列挑戰,需各方力量協(xié)同攻克。

    “雙碳”背景下,全球能源結構加速向清潔化轉型,新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在其中扮演了重要角色,發(fā)展勢頭迅猛。而作為其核心部件的動(dòng)力電池也進(jìn)入了快速增長(cháng)期,產(chǎn)能過(guò)剩等問(wèn)題同步出現,給行業(yè)發(fā)展造成困擾。近日,有專(zhuān)家指出,動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)正處于新一輪材料創(chuàng )新周期,固態(tài)電池已成為行業(yè)破局焦點(diǎn),但固態(tài)電池技術(shù)還面臨一系列挑戰,需各方力量協(xié)同攻克。

  電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)入材料創(chuàng )新周期  全固態(tài)電池成破局焦點(diǎn)

  據中南大學(xué)胡國榮教授預計,到2025年,我國新能源車(chē)銷(xiāo)量將達1125萬(wàn)輛,滲透率達40%。近日發(fā)布的《中共中央國務(wù)院關(guān)于全面推進(jìn)美麗中國建設的意見(jiàn)》提出,到2027年,新增汽車(chē)中新能源汽車(chē)占比力爭達到45%。

  “動(dòng)力電池是新能源汽車(chē)的核心部件,是推動(dòng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在。黨的十八大以來(lái),我國動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了顯著(zhù)成效。”工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)一司副司長(cháng)郭守剛介紹說(shuō),2023年,我國動(dòng)力電池裝車(chē)量達到387.7GWh,同比增長(cháng)31.6%,持續穩居世界第一。在全球動(dòng)力電池裝機量前十名的企業(yè)中,我國企業(yè)占據了6席,市場(chǎng)份額超過(guò)60%。

  中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)車(chē)輛與運載學(xué)院教授歐陽(yáng)明高表示,我國液態(tài)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展成就輝煌,10年來(lái)能量密度提升3倍,成本下降80%以上,電池產(chǎn)量占全球近70%,可是如今電池行業(yè)也面臨產(chǎn)能過(guò)剩、產(chǎn)業(yè)內卷等問(wèn)題。他認為,目前產(chǎn)業(yè)正處于新一輪材料創(chuàng )新周期,將向低碳化、智能化和固態(tài)化方向發(fā)展。

  “全固態(tài)電池具有顛覆性的性能潛力,首先是高安全性,其二是高能量密度,其三是高功率特性,其四是溫度適應性強。”歐陽(yáng)明高說(shuō),“而且,全固態(tài)電池的電化學(xué)窗口較寬,材料選擇范圍更廣,因此成為動(dòng)力電池的重要發(fā)展方向之一。”

  郭守剛則指出,隨著(zhù)消費者對新能源汽車(chē)安全性能、續駛里程、使用條件等需求的持續增強,以全固態(tài)電池為代表的新一代動(dòng)力電池成為全球動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的重要方向。日、韓、美、歐等國家和地區紛紛加緊布局,力圖搶占發(fā)展先機。

  全固態(tài)電池技術(shù)面臨痛點(diǎn)  或對產(chǎn)業(yè)鏈造成挑戰

  歐陽(yáng)明高指出,目前我國固態(tài)電池技術(shù)路線(xiàn)呈現多元化特征,以固液混合為主。他解釋說(shuō),固液混合電化學(xué)原理與液態(tài)鋰離子電池相同,不屬于顛覆性技術(shù),是提升安全性的技術(shù)之一,目前國內很多主流電池廠(chǎng)都在做固液混合和半固態(tài)電池,有些企業(yè)正在嘗試裝車(chē),但是良品率、電池成本、充電倍率、循環(huán)壽命等問(wèn)題還有待解決。

  而全固態(tài)電池研究方面,目前主要有4類(lèi)技術(shù)路線(xiàn),包括氧化物全固態(tài)電池、聚合物全固態(tài)電池、鹵化物全固態(tài)電池和硫化物全固態(tài)電池。其中,氧化物和聚合物技術(shù)路線(xiàn)都已轉向固液混合,鹵化物路線(xiàn)正處于實(shí)驗驗證階段,國際上各大電池廠(chǎng)商多以硫化物全固態(tài)電池為主要研究方向,但該技術(shù)路線(xiàn)也存在空氣穩定性和化學(xué)穩定性較差等問(wèn)題。

  中國工程院院士、中國科學(xué)院物理研究所研究員陳立泉表示,為了提升全固態(tài)電池能量密度、倍率性能和循環(huán)壽命,不僅要關(guān)注全固態(tài)鋰電池的基礎科學(xué)問(wèn)題,如新型電解質(zhì)材料、界面改性和電池失效的機制;同時(shí),也要重視全固態(tài)電池的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,如電解質(zhì)的批量生產(chǎn)制備技術(shù)、大面積固態(tài)電解質(zhì)薄膜連續制備技術(shù)、全固態(tài)電池一體化制備技術(shù)等。

  “從行業(yè)全局看,既要發(fā)展漸進(jìn)性半固態(tài)技術(shù)路線(xiàn),又要防范激進(jìn)型全固態(tài)技術(shù)路線(xiàn)帶來(lái)的顛覆性風(fēng)險。”歐陽(yáng)明高說(shuō),“我國電池產(chǎn)業(yè)鏈全球領(lǐng)先,現在如果做全固態(tài)電池,對從原料到基材生產(chǎn)、電芯/電池包裝配、電池生產(chǎn)應用、電池回收的全生命周期的產(chǎn)業(yè)鏈都會(huì )造成巨大沖擊。”

  國內外專(zhuān)利布局差距較大  亟待補齊短板加強攻關(guān)

  歐陽(yáng)明高認為,目前看來(lái),我國全固態(tài)電池的研發(fā)還存在認識不統一、力量較分散、產(chǎn)學(xué)研不協(xié)調等問(wèn)題。

  據悉,在全固態(tài)電池技術(shù)方面,目前國內外專(zhuān)利布局差距較大。全球固態(tài)電池專(zhuān)利申請前5名中,有4家日本企業(yè)和1家韓國企業(yè),豐田排名第一,擁有1300多項。我國近5年來(lái)專(zhuān)利布局加速,但據“智慧芽全球專(zhuān)利數據庫”統計,截至2023年10月,國內公司有關(guān)專(zhuān)利最高未超過(guò)100項,急需加強研發(fā)力度。

  對此,郭守剛提出3條建議。一是加強一體化布局基礎研究和關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān);二是補齊支撐技術(shù)和共性平臺發(fā)展的短板,持續提升基礎支撐能力;三是持續優(yōu)化應用環(huán)境,持續構建和諧共生的產(chǎn)業(yè)生態(tài),加速全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化應用。

  歐陽(yáng)明高則認為,行業(yè)需要聯(lián)合起來(lái)建立協(xié)同創(chuàng )新平臺,共同突破全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)。日前,“中國全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng )新平臺”(CASIP)在北京舉行揭牌儀式。據介紹,該創(chuàng )新平臺定位于科研服務(wù)、基礎研發(fā)、產(chǎn)業(yè)協(xié)作3方面,將加速固態(tài)電池科研成果向現實(shí)生產(chǎn)力的轉化,提升科技創(chuàng )新,同時(shí)強化固態(tài)電池行業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)的研究與推廣應用,加快推動(dòng)固態(tài)電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

  “人工智能正在改變材料的研發(fā)范式,將大幅度加速全固態(tài)電池的研發(fā)速度,這為2030年左右實(shí)現全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化突破增加了確定性。”歐陽(yáng)明高說(shuō)。

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