锂离子还是固态动力电池之争.doc

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1、锂离子还是固态动力电池之争随着电动汽车的普及率逐级提升，欧洲国家的全面禁燃，车载动力电池的话题再度被摆在台前。无论是从电池自燃的安全角度，还是从能量使用的效率角度来看，在汽车电池上做出革新是整个行业都翘首以待的。目前汽车电池追求的都是“百万英里”，今年5月，通用汽车公司的高管表示，该公司“几乎”没有在上万英里的电池上有所发展；而今年6月，宁德科技宣布已经准备好量产124万英里的电池了。而近期，也有传言称特斯拉会推出百万英里级别的电池。另一个概念就是无钴电池，因为电动汽车行业的快速增长可能会导致关键电池金属材料的短缺，钴就是其中之一。再者，钴的价格昂贵，开采地区往往政治经济不稳定。因此欧盟和中国

2、也在制定相关政策，要求生产商对这类材料的回收负责。据机构数据统计，2016年全球的汽车电池市场总值在487.1亿美元左右，在2016到2023这一期间内，复合年增长率将高至8.5%。这也带动了锂电池正极材料的出货量高速增长，据GGII的统计数据显示，2019年中国锂电池正极材料出货量达40.4万吨，同比增长32.5%，过去5年都保持着25%以上的增速。固体电池入局值此高速发展之际，固态电池进入了人们的视野。早在2018年9月，大众汽车就向斯坦福大学开发固态电池的子公司Quantum Scape投资了1亿美元，甚至还计划在今年建立一个工业规模生产固态电池的试验工厂，今年6月16日，大众再度向该公

3、司注资2亿美元。丰田在向电动汽车的过渡中比较滞后，为了加快这一进程，丰田也在去年宣布与松下结盟，为自家的电动汽车提供电池，同时一起合作开发下一代固态锂离子电池。19年的东京车展前夕，丰田宣布将在东京奥运会期间推出一款搭载固态电池的电动汽车，以展示全新的电池技术，并表示2025年左右可以实现固态电池汽车的量产。但随着东京奥运会的延期，这一技术的公布尚不知确切日期。除此之外，宝马在2017年起就宣布与Solid Power公司合作开发固态电池，计划在2026年实现量产。固态电池vs锂离子电池电池除了容量以外，还有一个很重要的参数能量密度。索尼在1991年首度商用的锂离子电池的能量密度为190 Wh

4、/L，是当时铅酸电池40Wh/L的四倍以上。锂离子电池被人诟病的两大缺陷就是安全与续航。锂离子电池虽然近年间在电极材料的选择上不断推陈出新，但始终无法摆脱液态电解质带来的易燃性问题。如果要兼顾安全性的话，有很难在能量密度上找到最优解。而固态电源可选用金属锂作为电极，能量密度可达液态锂电池的2倍以上。更高的能量密度意味着单位体积内可以存储更多的能量，从而为电池组的物理尺寸给到了更灵活的选项。比亚迪比亚迪在今年3月末正式推出了刀片电池，这也是锂电池的一种，但不同于三元锂电池，而是选用了磷酸铁锂电池。比亚迪指出，电动汽车行业过于追求能量密度，而忽视了安全问题，因此比亚迪退而选用了能量密度较三元锂电池

5、低的磷酸铁锂刀片电池。刀片电池 / 比亚迪比亚迪以首款搭载刀片电池的车型汉EV提供了该电池的性能指标，其续航里程可达605公里，33分钟内可以将电量充至80%，在循环充放电3000个周期下可行驶120万公里。而安全性方面，在针刺试验（通过钢针刺穿电池试图触发电池短路）下，比亚迪的刀片电池的表面温度仍处于30到60。比亚迪称该电池具备超级强度、超级续航、超级低温、超级寿命和超级功率的超级性能。特斯拉特斯拉仍在采用自研的锂电池，不仅近期向LG化学增加了订单，据了解还会在今年的电池日上公布新的“百万英里”级电池。然而 特斯拉的Jeff Dahn团队在自然能源杂志上发表声明称固态电池虽然采用了金属铝作

6、为电极，却仍未完全解决锂枝晶的生成问题。锂枝晶可谓是电池失火的祸根所在，这些形成的突起可以突破单个电池的绝缘层，造成短路和起火。而后公布了他们开发出了全新的锂离子软包电池，其性能也将超越固态电池。这是一款无阳极的锂金属软包电池，其双盐LiDFOB/LiBF4液态电解质在90个充放电周期后仍保留80%的电池容量，也能进一步避免锂枝晶的生成。三星三星也开始着手固态电池的研发，今年3月9日，三星先进技术研究院（SAIT）与三星日本研究院（SRJ）向自然能源展示了在高性能持久的全固态电池上的研究。全固态电池不仅支持更高的能量密度，并选用了更安全的固态电解质。但三星也深知固态电池中使用锂金属作为阳极容易

7、触发锂枝晶的生成，从而降低电池寿命和安全性。为了克服这一阻碍，三星的研究人员首次提出使用银碳（Ag-C）混合层作为阳极。研发团队发现，放入软包电池中的Ag-C层不仅支持更大的容量，更长的周期寿命，也进一步提升了整体安全度。5m的Ag-C层不仅显著降低了阳极厚度，同样将能量密度提升至900Wh/L。这使得电池体积可以做到比传统锂离子电池小50%。据开发团队称，该电池同样做到了较高的库伦效率，在一次充电后，电动汽车的行驶里程将达到800公里，并支持1000次以上的充电寿命。由上图可以看出，哪怕在1000个充电循环之后，电池容量依然保持在80%以上，而库伦效率的平均值在99.8%以上。宁德时代作为全

8、球动力电池的龙头企业，宁德时代在19年占据了国内超50%的份额，全球超27%的份额。尽管宁德时代对固态电池的研发已经进行多年，但目前可知的情报依然很少。目前情报仅透露出宁德时代研发方向为聚合物和硫化物的固态电池，其电池单体容量为325mAh，能量密度为300Wh/kg，在300周充电循环以上，容量保持率为82%。同时据报道称，宁德时代的一位电池开发负责人表示，CALT全固态电池虽然仍在开发中，也已制作出样品，但商品化可能要在2030年之后。固态电池现有的阻力显而易见，目前各大动力电池厂商在固态电池上的进展都尚在研发阶段。不仅是固态电解质，还有电极材料，这些都是研发团队仍在探究的问题。甚至是走固态还是全固态的方案，各家的取舍也不尽相同。面对制作工艺和生产设备的大改，还有对安全性的考量，在确定方案后的进一步投产也需要一定时间。因此，固态电池还有好一段距离才能迎头赶上，锂离子电池在未来5年内仍将占据主导地位。尽管如此，诸多厂商的研发并未停歇，从燃料电池转为锂电池的过程中，落后的汽车OEM已经尝到了不少苦果，若是不能在下一次电池变革时赶上潮流，势必差距会被进一步拉大。4