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固態電池也并非絕對安全
2019-01-23 17:51:19
摘要:中科院院士歐陽明高認為,無論是從改善電池本身安全性出發,還是為應對全球市場競爭,國內企業都應該積極參與到固態電池的研發中來。

     “最近兩年人們好像對固態電池有點妖魔化了,認為其是全新一代的鋰電池技術體系。實際上,固態電池并不是一個技術上完全的革新,它是現有鋰離子傳統電池技術路徑的延伸。”日前,中科院寧波材料技術與工程研究所研究員許曉雄博士說道。

       固態電池也并非絕對安全

       我們常說的固態電池,可簡單理解為通過用固態電解質材料取代現有的隔膜和電解液等材料,以實現電池結構的變化。“在正極或負極材料上,跟現有的鋰離子電池還是有比較多的兼容性。同時工作原理也幾乎一致,”許曉雄解釋道,“從技術路線來看,固態電池是為了解決當前鋰電池技術路線中的高能量密度和高安全性不兼容而延伸出來的一個路線。”

       正是因為固態電池可以破解當前三元鋰電池高安全和高能量密度這一矛盾,是實現高安全和高能量密度的良方,所以被多數業內人士認為是動力電池技術發展的重要方向,群起而攻克之。

       但不可忽略的是,被妖魔化的除了認為固態電池是全新一代的鋰電池技術體系,還有它的安全性。很多人認為固態電池是絕對安全的。但在許曉雄看來,固態電池也并非所有的都安全,“我們也做過一些硫化物全固態電池,它在某些工況條件下也是不安全的,燒起來也比較厲害。”

       實際上,固態鋰電池因采用了固態電解質,在固固反應中減少了可燃氣體的排放,同時由于沒有可燃的電解液等材料,安全性能得以提升。據許曉雄介紹,寧波所與贛鋒鋰業合作生產的半固態電池,接受了包括針刺、擠壓、過充、過放、加熱等針對現有鋰離子電池的系統檢測的所有環節,其安全性較現有相同體系的傳統鋰離子電池有了一定的提升。“但在一些極限條件下,也會發生熱失控等問題,”許曉雄進一步向電池中國網補充道,“通過對這些數據的分析,我們得出一個初步的結論:通過固態這一技術路線,能夠較好解決或者部分解決現有高能量密度動力電池的安全問題。”

       破解高能量密度與高安全性矛盾的良方

       對于電池這一儲存能量的產品來說,絕對安全似乎不太現實,但如果參照現有安全標準可保證很高的安全程度,那么市場對其的關注度就會非常高。

       隨著新能源汽車的大規模普及,新能源汽車安全事故也呈現上升態勢,車輛自燃受到廣泛關注。中科院院士歐陽明高給出的一組數據顯示,通過對2018年集中出現的新能源汽車自燃事故進行分析,這些車輛搭載的動力電池多是2016年左右生產的NCM523型三元鋰電池。彼時,新能源汽車動力電池仍以磷酸鐵鋰為主,為追求更高能量密度,不少動力電池企業把產品從磷酸鐵鋰切換成NCM523型三元鋰電池。

       時過境遷,但追求高能量密度動力電池的方向一直沒有變。當下,為進一步破解新能源汽車續航里程短板,解決用戶的里程焦慮,以及為車企拿到更多補貼,動力電池企業已瞄準了高鎳三元鋰電池技術路線,相關產品已陸續推出。不容忽視的便是,隨著高鎳三元材料的應用,安全風險也會隨之增大,解決安全問題迫在眉睫。

       國際巨頭都在爭相布局未來汽車市場格局的競爭利器

       高鎳化帶來的安全焦慮并非只令中國企業頭疼,日本、韓國也沒有一家動力電池企業敢輕視之。韓國的LG化學和SKI為此還推遲了各自的高鎳NCM811量產計劃。同時,他們也在積極尋找其他能量密度更高、安全性更強、循環性能更佳的電池技術路線,其中被許曉雄認為能夠較好解決或者部分解決現有高能量密度動力電池安全問題的固態電池便是他們鐘情的一個重要方向。

     “日本為應對中國和韓國動力電池產業的崛起,正舉全國之力研發固態電池,每年政府投入的經費在50-100億日元(約合人民幣3.11-6.22億元),”歐陽明高透露。據電池中國網了解,日本最重視固態電池技術研發的并非電池企業,而是汽車企業――豐田汽車。豐田汽車在固態電池技術研發上獲得專利已超過兩百項,居全球首位。不僅自己研發,豐田汽車還聯合本田、日產、松下等20余家汽車、電池和材料企業,以及京都大學、日本理化學研究所等10余家科研院所共同研發新能源汽車用全固態鋰電池,并預計將于2025年左右實現商業化。

       在韓國,牽頭發展固態電池的則是三星SDI。近年來,韓國三星利用其強大的財團背景已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,如SolidPower、SolidEnergy等掌握固態電池相關技術的公司。最新數據顯示,三星日本R&D研究院基于硫化物研發的全固態鋰電池體積能量密度已做到921Wh/L,質量能量密度已做到427Wh/kg。近期,三星SDI又發布了其固態電池發展藍圖,將固態電池作為重點布局的對象。

       當前,全球動力電池市場由中日韓三國主導,而歐美等國家和地區現有電池產業比較薄弱。但同時,全球車企巨頭又集中在歐美等國,為了保證未來在國際汽車市場競爭中的有利地位,一些歐美企業已經著手布局固態電池,寄希望于通過提早掌握下一代動力電池技術在下一輪競爭中占據主導。

       有分析人士認為,固態電池作為下一代動力電池技術體系已經得到了國內外業界的認可,誰率先掌握這項技術,將利于其在未來競爭格局中掌握更大的話語權。

       歐陽明高認為,無論是從改善電池本身安全性出發,還是為應對全球市場競爭,國內企業都應該積極參與到固態電池的研發中來。我國新能源汽車產業已經發展了多年,但全球新能源汽車市場在中國的影響下剛剛開啟不久,無論是國際車企巨頭還是動力電池巨頭,都在快速布局。“中國電池產業得益于先行一步而取得了暫時優勢,但未來面臨的國際競爭壓力巨大,需要全力追趕固態電池等前沿技術。”歐陽明高補充道。(來源:電池中國網)

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