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固态电池也并非绝对安全
2019-01-23 17:51:19
摘要:中科院院士欧阳明高认为,无论是从改善电池本身安全性出发,还是为应对全球市场竞争,国内企业都应该积极参与到固态电池的研发中来。

     “最近两年人们好像对固态电池有点妖魔化了,认为其是全新一代的锂电池技术体系。实际上,固态电池并不是一个技术上完全的革新,它是现有锂离子传统电池技术路径的延伸。”日前,中科院宁波材料技术与工程研究所研究员许晓雄博士说道。

       固态电池也并非绝对安全

       我们常说的固态电池,可简单理解为通过用固态电解质材料取代现有的隔膜和电解液等材料,以实现电池结构的变化。“在正极或负极材料上,跟现有的锂离子电池还是有比较多的兼容性。同时工作原理也几乎一致,”许晓雄解释道,“从技术路线来看,固态电池是为了解决当前锂电池技术路线中的高能量密度和高安全性不兼容而延伸出来的一个路线。”

       正是因为固态电池可以破解当前三元锂电池高安全和高能量密度这一矛盾,是实现高安全和高能量密度的良方,所以被多数业内人士认为是动力电池技术发展的重要方向,群起而攻克之。

       但不可忽略的是,被妖魔化的除了认为固态电池是全新一代的锂电池技术体系,还有它的安全性。很多人认为固态电池是绝对安全的。但在许晓雄看来,固态电池也并非所有的都安全,“我们也做过一些硫化物全固态电池,它在某些工况条件下也是不安全的,烧起来也比较厉害。”

       实际上,固态锂电池因采用了固态电解质,在固固反应中减少了可燃气体的排放,同时由于没有可燃的电解液等材料,安全性能得以提升。据许晓雄介绍,宁波所与赣锋锂业合作生产的半固态电池,接受了包括针刺、挤压、过充、过放、加热等针对现有锂离子电池的系统检测的所有环节,其安全性较现有相同体系的传统锂离子电池有了一定的提升。“但在一些极限条件下,也会发生热失控等问题,”许晓雄进一步向电池中国网补充道,“通过对这些数据的分析,我们得出一个初步的结论:通过固态这一技术路线,能够较好解决或者部分解决现有高能量密度动力电池的安全问题。”

       破解高能量密度与高安全性矛盾的良方

       对于电池这一储存能量的产品来说,绝对安全似乎不太现实,但如果参照现有安全标准可保证很高的安全程度,那么市场对其的关注度就会非常高。

       随着新能源汽车的大规模普及,新能源汽车安全事故也呈现上升态势,车辆自燃受到广泛关注。中科院院士欧阳明高给出的一组数据显示,通过对2018年集中出现的新能源汽车自燃事故进行分析,这些车辆搭载的动力电池多是2016年左右生产的NCM523型三元锂电池。彼时,新能源汽车动力电池仍以磷酸铁锂为主,为追求更高能量密度,不少动力电池企业把产品从磷酸铁锂切换成NCM523型三元锂电池。

       时过境迁,但追求高能量密度动力电池的方向一直没有变。当下,为进一步破解新能源汽车续航里程短板,解决用户的里程焦虑,以及为车企拿到更多补贴,动力电池企业已瞄准了高镍三元锂电池技术路线,相关产品已陆续推出。不容忽视的便是,随着高镍三元材料的应用,安全风险也会随之增大,解决安全问题迫在眉睫。

       国际巨头都在争相布局未来汽车市场格局的竞争利器

       高镍化带来的安全焦虑并非只令中国企业头疼,日本、韩国也没有一家动力电池企业敢轻视之。韩国的LG化学和SKI为此还推迟了各自的高镍NCM811量产计划。同时,他们也在积极寻找其他能量密度更高、安全性更强、循环性能更佳的电池技术路线,其中被许晓雄认为能够较好解决或者部分解决现有高能量密度动力电池安全问题的固态电池便是他们钟情的一个重要方向。

     “日本为应对中国和韩国动力电池产业的崛起,正举全国之力研发固态电池,每年政府投入的经费在50-100亿日元(约合人民币3.11-6.22亿元),”欧阳明高透露。据电池中国网了解,日本最重视固态电池技术研发的并非电池企业,而是汽车企业――丰田汽车。丰田汽车在固态电池技术研发上获得专利已超过两百项,居全球首位。不仅自己研发,丰田汽车还联合本田、日产、松下等20余家汽车、电池和材料企业,以及京都大学、日本理化学研究所等10余家科研院所共同研发新能源汽车用全固态锂电池,并预计将于2025年左右实现商业化。

       在韩国,牵头发展固态电池的则是三星SDI。近年来,韩国三星利用其强大的财团背景已对全球范围内固态电池技术相关项目或公司进行了较大规模的投资、参股或技术跟踪,如SolidPower、SolidEnergy等掌握固态电池相关技术的公司。最新数据显示,三星日本R&D研究院基于硫化物研发的全固态锂电池体积能量密度已做到921Wh/L,质量能量密度已做到427Wh/kg。近期,三星SDI又发布了其固态电池发展蓝图,将固态电池作为重点布局的对象。

       当前,全球动力电池市场由中日韩三国主导,而欧美等国家和地区现有电池产业比较薄弱。但同时,全球车企巨头又集中在欧美等国,为了保证未来在国际汽车市场竞争中的有利地位,一些欧美企业已经着手布局固态电池,寄希望于通过提早掌握下一代动力电池技术在下一轮竞争中占据主导。

       有分析人士认为,固态电池作为下一代动力电池技术体系已经得到了国内外业界的认可,谁率先掌握这项技术,将利于其在未来竞争格局中掌握更大的话语权。

       欧阳明高认为,无论是从改善电池本身安全性出发,还是为应对全球市场竞争,国内企业都应该积极参与到固态电池的研发中来。我国新能源汽车产业已经发展了多年,但全球新能源汽车市场在中国的影响下刚刚开启不久,无论是国际车企巨头还是动力电池巨头,都在快速布局。“中国电池产业得益于先行一步而取得了暂时优势,但未来面临的国际竞争压力巨大,需要全力追赶固态电池等前沿技术。”欧阳明高补充道。(来源:电池中国网)

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