“虽然全固态电池技术仍面临许多挑战,但它仍然是我们值得追求的目标。这个目标不是短期的,可以看作是2030年值得创新的目标。”中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高在4月16日下午举行的第二届世界动力电池会议云上宜宾高端论坛上说。
在论坛上,欧阳明高还警告中国新能源汽车企业和电池企业高度重视这一技术路线。
所谓固态电池,即电池使用固体电极和固体电解质,而不是传统锂离子电池中的液体或凝胶电解质。与传统锂离子电池相比,全固态电池的优点通常被认为是能量密度更高,货架期更长,安全性提高,因为液体电解质泄漏和易燃的风险降低。
(资料图片仅供参考)
欧阳明高说:“世界上有无数人参与了这项创新运动。随着CHATGPT技术的出现,新材料的探索效率大大提高,开发周期可以缩短。通过全球努力,全固态电池可以取得成功。”
欧阳明高说:“我们发现,在世界顶级杂志上发表的与固态电池技术相关的论文正在指数地增长。可以说,技术正处于商业化的前夕。”。
据了解,日本企业目前在全球投资最多的全固态电池。丰田汽车拥有最多的固态电池技术专利,计划在2025年之前实现全固态电池的小规模生产,并在2030年之前实现全固态电池的稳定生产。
今年早些时候,日本汽车制造商日产(Nissan)据宣布,与目前的液体电解质锂离子电池相比,日产开发的全固态电池成本将降低50%,能量密度将提高1倍,并可提供比目前电池快3倍的充电速度。日产计划于2025年成立并运营全固态电池试点厂,然后于2028年首次应用于汽车,逐步实现大规模生产。
在欧洲主流汽车公司方面,大众集团投资了固态电池初创公司QuantumScape,并表示预计2021年固态电池将投入使用。宝马集团和初创公司Solidid Power合作,后者将于2023年将测试样品交付给宝马,计划在2025年前推出第一款全固态电池宝马原型车,2030年前实现全固态电池量产。
然而,在中国,全固态电池的路线似乎并不受到汽车制造商和主要电池企业的青睐。在论坛上,上汽集团副总工程师、上汽捷能汽车科技有限公司总经理朱军表示,对于汽车制造商来说,电池安全首先考虑和计算,其次是电池的寿命、可靠性和成本。
“最后的计算是成本。无论全固态电池的能量密度有多高,主流电动汽车都重视成本。如果半固态和全固态电池可以帮助主流汽车制造商降低成本,它们应该很快商业化。”朱军说。
朱军认为,通过改善现有电池结构,液体电解质锂离子电池的能量密度不是问题,磷酸铁锂电池也可以制成70-100度的电池组。
创新航空科技集团有限公司高级副总裁兼首席执行官潘芳芳表示,对能量密度的追求是电池技术进步的驱动力。此外,还应考虑能量密度与安全、性能和成本之间的平衡。
在潘芳芳看来,就能量密度而言,现有的液体电解质电池仍有进一步改进的空间,通过不断挖掘电池正负极材料,创新结构,减少电解质的使用。例如,目前液体锂电池的能量密度可达350WH/kg,循环1500周,沿液态电池路线,电池终极能量密度天花板可达500WH/kg。
在安全方面,潘芳芳认为,“电池安全是一个系统性问题,除了材料的本质稳定性、系统保护、整个生命周期管理是保持安全的手段,如果全固态电池批量生产时间,液态电池安全也取得了相应的进展,可以考虑性能、技术、成本,那么技术路线大规模推广需要考虑成本和实际情况。”
潘芳芳说:“如果除了安全之外,不能考虑电池的其他性能,那么应用空间应该打个问号。当全固态电池商业化成功时,它能否与更成熟的液态电池相比打个问号?”。
在谈到固态电池技术时,全球电力电池领导者宁德时代董事长曾玉群也认为,固态电池很难形成具有技术可行性和市场竞争力的产品,
但欧阳明高认为,全固态电池完全颠覆了现有的液态锂离子电池。在全固态电池中,锂离子的传输机制发生了完全的变化。液态电解质锂离子迁移数为0.5,硫化物固态电解质锂离子迁移数为1;全固态电池具有高温100摄氏度至零下几十度的宽温性能;全固态电池电压窗口增加后,正负极材料的选择范围大大提高(硫等);燃料电池中使用的双极板甚至可以用于全固态电池。
这与资本市场上非常热门的固液混合物电池完全不同。在现有液体电池技术的基础上,固液混合物电池仍保留部分电解质,电池变化机制不大。虽然固液混合电池可以提高能量比率,以安全为目标,但它会损失电池倍率,影响充电和循环寿命。
欧阳明高表示,目前应该为行业注入信心。“我们不能只是埋头拉车,不抬头看路。我们的电池企业仍然担心赚钱,但我们应该小心,如果我们的对手不小心,我们将颠覆技术。”欧阳明高说:“这并不意味着对手会颠覆,但如果有全固态电池技术,可能会有这种风险。作为一个电池大国,我们必须注意它。”
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