电动汽车时代,“得电池者,得天下”,这是行业内所有人的共识。
目前传统的液态锂电池的发展已经接近上限,难以取得新突破,而在行业积极探索之下,固态电池以其高安全性和综合性能提升逐渐崭露头角。正如中科院院士欧阳明高教授所言:“在现有的各种探索中,最有可能成为下一代动力电池的就是固态锂电池。”
面对新风口,电动时代新一轮的电池争夺战已经悄然来临,而在固态电池上积累起多重核心技术,并探索出成熟商业化路径的太蓝新能源正逐渐崭露头角。
固态电池“抢滩登陆战”,关键在三大技术路线之争
关于固态电池的发展,核心在固态电解质的技术突破,用欧阳明高院士的话来说,“固体电解质层面的突破是不得不走的必由之路”。
传统的液态锂电池也叫“摇椅式电池”,两端为正负两极,中间为电解质(液态),原理主要是依靠锂离子在正极和负极之间的来回运动,实现电池的充放电过程,而固态电池的原理跟液态锂电池并没有很大的区别,最大的不同在于电极和电解质变成了“固体”,固态电池也因此得名。
而电解质作为固态电池核心,其技术路线选择对于这场固态电池的“抢滩登陆战”其实有着很大的影响,毕竟更优的技术路线可以提高产品的竞争力、生产效率和质量,推动企业走向更高层次的发展。按照电解质的不同,目前固态电池的技术路线大致可以分为聚合物、氧化物、硫化物三类,三者的优劣势也比较明显。
比如聚合物电解质易加工,与现有的液态电解液的生产设备、工艺都比较兼容, 从成本投入角度值得考虑,目前技术比较成熟,在欧洲有比较广泛的应用。但电导率太低、稳定性较差、电化学窗口窄(电位差>4V时电解质易被电解)的缺点导致其潜力有限,难堪大用。
而硫化物电解质电导率最高,并且电化学稳定窗口较宽(5V 以上),属于“潜力股”,但它的缺点也比较致命,例如热稳定性差,热反应起始温度400~500度,而且容易与空气中的水、氧气反应产生硫化氢剧毒气体,所以制备工艺比较复杂,加上成本也比较高,以硫化物电解质LGPS为例,其成本为120.84万元/吨。目前也只有丰田、LG、松下等为数不多的企业才会选择,一旦实现突破将形成高技术壁垒,但难度不小。
相比之下,氧化物虽然存在刚性接触问题,且脆度高难以加工,但其电导率介于聚合物和硫化物之间,且兼顾机械稳定性和电化学稳定性,热稳定性高达 1000 度,同时氧化物电解质成本最高也只有32.82万元/吨,远低于硫化物。
虽然硫化物从长期发展的角度来看有着不错的潜力,但氧化物的制备难度适中,综合性能更好,更容易实现规模化上车,因此也成为国内很多厂商的主流选择,其中就包括太蓝新能源。
选对了路线,做起来自然更轻松。目前太蓝新能源已拥有电解质超薄膜制备技术、界面柔化技术等核心技术,并完成了多种材料和多种型号半固态电池量产以及全固态电池的试产,尤其是在半固态电池的快速商业化上取得了领先优势。
实现固态电池尚需时日,兼顾安全与性能的半固态电池成行业新选择
尽管固态电池被认为是行业“终极目标”,但行业对此也有很一个清楚的认知,“虽然现在固态电池很热,但是离真正的产业化和大规模商业应用,还有比较远的距离”。根据欧阳明高院士的预测,全固态电池要实现产业化、并对市场格局产生重要影响,仍需十年左右。
事实上,从类型上来说,固态电池分为半固态、准固态、全固态三种类型,三者均统称固态电池。其中半固态电池是将传统锂电池中的一部分液态电解质替换成固态电解质;准固态电池则是要进一步降低液态电解质含量;全固态电池则是不含有任何液体电解质,而目前国内产业化进程较快的基本为半固态电池。
还记得此前蔚来汽车提到的360Wh/kg的固态电池计划吗?据了解,该类型固态电池的供应商是北京卫蓝新能源科技有限公司,但其实这些电池内部依旧保留了部分液态电解质。目前北京卫蓝已经建设了一条2GWh的规模化固液混合固态动力电池生产线,主要生产350-360Wh/kg的新能源车用动力电池,受到资本的青睐。
而类似的车企与固态电池企业合作的例子也不在少数,比如上汽集团和清陶能源合作的半固态电池已经完成装车实验,单体能量密度达到了368Wh/kg,是磷酸铁锂电池能量密度的两倍以上。
从性能上看,虽然半固态电池不及全固态,但相比传统的液态锂离子电池已经有了巨大的提升。不过能量密度并非半固态电池能否上车的唯一衡量指标,固态电池的初衷是为了解决“安全”问题,这是一个不容易被感知但绝对不能忽略的问题。
众所周知,液态锂电池出现短路会产生高温,而电解液中的碳酸酯类溶剂是天然的燃料,加上正极材料分解会产生氧气,所以很容易出现热失控从而引发自燃。
虽然固态电池仍存在一定的可燃风险,但安全性要远高于液态锂电池,比如咱们前面提到的氧化物电解质热稳定性高达1000 度,这样的条件相对来说很难触发,即便半固态电池内部有一定的液体电解质,但含量较少,而且内部的固态电解质可以防止电池的爆炸,安全性依旧高于普通液态锂电池。
而在兼顾性能和安全性的同时,半固态电池保留一定量电解液,可以提高循环性能及倍率性能,改善固态电池导电率低的问题,成本相对于全固态电池更低,综合性能上的优势也决定了半固态电池将成为当前主流。
群雄逐鹿,太蓝新能源如何担当“固态电池普及者”
据了解,到2022年底,中国固态电池行业不同规模在营企业数量达59家,虽然布局者众多,但真正能够实现商业化量产落地的寥寥。而在众多的企业中,目前北京卫蓝、江苏清陶、重庆太蓝、赣锋锂业四家离实现固态电池产业化这个“终极目标”最为接近。
其中,北京卫蓝于2016年正式成立,依托中国科学院物理研究所,专注于下一代固态鲤电池的研发与生产,目前已经研发并掌握了固态电池技术领域的多项关键性技术。
清陶能源同样成立于2016年,由清华大学南策文院士团队领衔创办。其在2018年建成的全国首条固态锂电池产线已经正式投产。日前,上汽和清陶能源联合开发的第一代固态电池已完成装车试验。
赣锋锂业于2017年正式切入固态电池板块,次年便取得新突破,其第一代固态锂电池单体容量已达到10Ah,能量密度大于240Wh/kg,可实现1000次循环后容量保持率大于90%。2018年8月其正式启动固态锂电池中试生产线建设项目,目前已建成试产。
太蓝新能源成立于2018年,秉承着担当“固态电池普及者”的品牌愿景,在2022年,重庆一期工厂首条0.2GWh产线实现半固态锂电池量产。太蓝新能源CEO李彦曾表示:太蓝新能源始终以固态电池技术的有效商业化为核心目标,并将最早实现半固态动力电池量产。事实上,太蓝确实是这样做的,也确实做到了。
值得一提的是,这是国内首条实现量产的半固态锂电池产线,而太蓝也因此成为业内最早实现量产的半固态电池企业。据悉,此前太蓝新能源生产的固态电池已经在多家主机厂进行实际测评,有望应用于新能源汽车下一代动力电池和储能市场。此外,太蓝新能源还将跟紫建电子成立合资公司,布局消费类固态电池。
而在现有成果的基础上,太蓝新能源将通过半固态、准固态和全固态电池“三步走”战略和持续的投入来不断实现产品的迭代升级。
显然,太蓝新能源正以在行动来彰显“固态电池普及者”,而在以太蓝新能源为代表的固态电池生产商的不断努力下,固态电池正在跨越一个又一个的鸿沟,虽然离实现终极目标依然“道阻且长”,但相信固态电池技术的普及终将“行则将至”。
写在最后:
“鸿基始创,骏业日新”。
如今不少企业纷纷加快在固态锂电池领域的布局,接下来这场动力电池“抢滩登陆战”将会变得更加激烈,在半固态电池取得成果优势的情况下,我们也期待太蓝新能源继续担起普及固态电池技术的重任,为行业带来更多的惊喜,成为率先上岸的那一个。