钜大LARGE | 点击量:987次 | 2019年11月22日
研制固态电解质才能赢得了未来锂电池竞争的比赛吗?
固态电解质
3.3.1技术原理、优缺点
固态电池,是一种应用固体电极和电解质的电池。目前包括全固体锂电池、锂空气电池等(金属锂与氧进行可逆反应)。全固态锂电池是锂电池的一种创新体系。一是电芯中业态电解质含量逐渐下降,固液混合电解质逐步替代液态电解质,并最终发展成为全固态电解质。电解质主要包括两大类,一类是有机聚合物固态电解质,一类是无机聚合物固态电解质。其中的固态电解质不同于传统的锂电池业态电解质,具有高离子电导率、高离子迁移数、机械性能好、热稳定性好,具有良好的兼容性。
固体电解质相比液态电解质稳定性好,电极材料不会溶解。更多较高电化学稳定性的固体材料电解质正在研究,未来正负极材料正朝着更高电压、更大电流容量密度方向发展。但与此同时,固态电池的产业化发展存在成本较高,阻抗和电导率导致充电倍率偏低,以及电极与电解质界面阻抗过大等缺点。
3.3.2研发及产业化、主要研发企业
国际方面,丰田在固态电池领域具有较长的研究历史,其锂硫体系电池已在美国成功申请专利,该体系最大特点在于良好的热稳定性和安全性,成为最具产业化发展的技术路线。SolidPower公司则采用锂金属作为负极技术路线,研发更高能量密度的产品,并于宝马公司开展产业化合作。此为,三星SDI、现代集团、日立集团、法国Bolloré、美国Sakti3等公司也在固态电池自主研发方面取得进展,力求早日实现产业化。
国内方面,中科院宁波所以锂金属负极和锂硫体系为方向,研究不同电解质体系的高安全性、高倍率性固态电池。中科院青岛能源与过程研究所提出离子导电聚合物体系,该体系由高分子聚合物和锂盐构成,该体系对结构的力学强度有明显提升。此外,宁德时代、中电力神、赣锋锂业、国能电池等国内企业已开展400Wh/kg以上高能量密度固态电池研发和制造工艺研究,固态电池替代当前锂电池的产业化进展逐渐加快。
4结论
本文从产业、市场、技术等方面详细分析了我国锂离子动力电池产业化的发展现状,并从产业和技术角度分析了我国动力电池产业化的发展趋势,探讨了我国动力电池在产业结构、发展质量、技术研发、国际发展等方面情况,最后指出我国锂离子动力电池产业化发展的路径。我国动力电池市场需求巨大,但行业竞争日益激烈,行业洗牌和整合正在进行,市场将进一步向优势企业集中。在产业化发展的过程中,动力电池产业主体必须将产品性能和安全性放到首位,不断加强新材料体系动力电池研发和制造工艺创新能力建设,只有拥有足够产品研发实力及规模化生产能力、把握产业化发展方向的主体才能在未来竞争中立于不败之地。
3.3.1技术原理、优缺点
固态电池,是一种应用固体电极和电解质的电池。目前包括全固体锂电池、锂空气电池等(金属锂与氧进行可逆反应)。全固态锂电池是锂电池的一种创新体系。一是电芯中业态电解质含量逐渐下降,固液混合电解质逐步替代液态电解质,并最终发展成为全固态电解质。电解质主要包括两大类,一类是有机聚合物固态电解质,一类是无机聚合物固态电解质。其中的固态电解质不同于传统的锂电池业态电解质,具有高离子电导率、高离子迁移数、机械性能好、热稳定性好,具有良好的兼容性。
固体电解质相比液态电解质稳定性好,电极材料不会溶解。更多较高电化学稳定性的固体材料电解质正在研究,未来正负极材料正朝着更高电压、更大电流容量密度方向发展。但与此同时,固态电池的产业化发展存在成本较高,阻抗和电导率导致充电倍率偏低,以及电极与电解质界面阻抗过大等缺点。
3.3.2研发及产业化、主要研发企业
国际方面,丰田在固态电池领域具有较长的研究历史,其锂硫体系电池已在美国成功申请专利,该体系最大特点在于良好的热稳定性和安全性,成为最具产业化发展的技术路线。SolidPower公司则采用锂金属作为负极技术路线,研发更高能量密度的产品,并于宝马公司开展产业化合作。此为,三星SDI、现代集团、日立集团、法国Bolloré、美国Sakti3等公司也在固态电池自主研发方面取得进展,力求早日实现产业化。
国内方面,中科院宁波所以锂金属负极和锂硫体系为方向,研究不同电解质体系的高安全性、高倍率性固态电池。中科院青岛能源与过程研究所提出离子导电聚合物体系,该体系由高分子聚合物和锂盐构成,该体系对结构的力学强度有明显提升。此外,宁德时代、中电力神、赣锋锂业、国能电池等国内企业已开展400Wh/kg以上高能量密度固态电池研发和制造工艺研究,固态电池替代当前锂电池的产业化进展逐渐加快。
4结论
本文从产业、市场、技术等方面详细分析了我国锂离子动力电池产业化的发展现状,并从产业和技术角度分析了我国动力电池产业化的发展趋势,探讨了我国动力电池在产业结构、发展质量、技术研发、国际发展等方面情况,最后指出我国锂离子动力电池产业化发展的路径。我国动力电池市场需求巨大,但行业竞争日益激烈,行业洗牌和整合正在进行,市场将进一步向优势企业集中。在产业化发展的过程中,动力电池产业主体必须将产品性能和安全性放到首位,不断加强新材料体系动力电池研发和制造工艺创新能力建设,只有拥有足够产品研发实力及规模化生产能力、把握产业化发展方向的主体才能在未来竞争中立于不败之地。