改性(乳化)沥青设备

沥青拌合(再生)设备

沥青改性配套设备

谷朊粉设备

超高压压榨机

乳化机及胶体磨

环保设备

MVR蒸发器

岩沥青设备

湖沥青设备

给固态电池产业泼一盆冷水

         说起固态电池,就跟贾跃亭的“下周回国”一样,过段时间就发布个消息,然后“遥遥有期”地说最早2027年可以量产;所以关于它,或多或少有点“耳朵疲劳”。

一、基本状态

1、实际应用层面,在电池龙头“宁王”都质疑的情况下,QuantumScape、丰田等企业隔段时间就发布下固态电池的进展,比如最近的丰田全固态电池将在2027年量产,电池的重量、尺寸和成本降低50%,充电10分钟续航1200公里,看起来更像是刷个存在感而已,给人以“理想魔幻,现实骨感”的感觉;还有行业內很不好的风气在于,一直在打固态电池概念的擦边球,因为这个概念还算比较宽泛,沾点边的都算,比如蔚来讲的150kWh实际上是半固态的“固态电池”等等。

2、这里普及一下,依据电解质分类,电池可细分为液态(25wt%)、半固态(5-10wt%)、准固态(0-5wt%)和全固态(0wt%)四大类,其中半固态、准固态和全固态三种,可以统称为固态电池。

3、不过,下半年开始,还是有两条比较重要的消息。其一,中国科技大学马骋教授团队开发出一种新型固态电解质——氧氯化锆锂。最惊人的,是据说该新型电解质综合性能与目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相近,但成本不到后者的4%,适合进行产业化应用。

4、除了马骋教授的研究结果,7月23日,丰田的御用合作伙伴日本东京工业大学等机构参与团队在美国《科学》杂志上发表论文表示,团队研发出一种高导电性的固态电解质“锂超离子导体”,用这种新型电解质使全固态锂电池特性有了显著提升。

5、只是,根据SNEresearch发布的报告,即使全固态电池到2030年量产,供应量也会从2025年开始的0.2GWh增加到131GWh,市场渗透率也只有4%;所以就算丰田汽车不断宣布消息,如果无法躬身入局,实际上改变不了什么。

 

二、氧氯化锆锂,向前一步:其实,SNE research是给全固态电池泼了一盆冷水。根据其7月25日发布的报告,到2030年全球液态锂离子电池供应量将从2023年的687GWh增加到2943GWh,增加4.3倍,占电池市场的95%以上。其表示到2030年即使全固态电池成功批量生产,除了4%的份额,成本问题仍然是最大的问题。所以,这次马骋教授的研究结果鼓舞人心的地方在于,他的团队设计并合成氧氯化锆锂,这种材料具有很强的成本优势。通过优化的方法合成,氧氯化锆锂的成本可以进一步降低到约7美元每公斤,远低于目前最具成本优势的固态电解质氯化锆锂(10.78美元每公斤);众所周知,为了满足实际应用需求,全固态锂电池的固态电解质至少需要同时具备三个条件:

1、高离子电导率(室温下超过1毫西门子/厘米)

2、良好的可变形性(250~350兆帕下实现90%以上致密)

3、足够低廉的成本(低于50美元/公斤)。

三、氧氯化锆锂的室温离子电导率高达2.42毫西门子/厘米,超过了所需的1毫西门子/厘米。与此同时,它良好的可变形性使材料在300兆帕压力下能达到94.2%致密,并且,由氧氯化锆锂和高镍三元正极组成的全固态电池,在12分钟快速充电的条件下,成功地在室温稳定循环2000圈以上;2021年马骋教授团队曾报道过固态电解质氯化锆锂(Li2ZrCl6)。该种材料不含稀土元素或铟,因此原材料成本低于$50/kg。但该材料离子电导率较低,只有0.5毫西门子/厘米(mS cm-1)左右,无法满足离子传输效率上的要求。而今,终于有了氧氯化锆锂这种理想的材料。而马骋教授论文的审稿人认为这一发现“很有新意和原创性”,并且认为氧氯化锆锂材料“很有前景”,“有益于固态电池技术的商业化”。这次,看起来论文和实验室的结果很完美地解决了固态电解质的材料问题。不过,我的问题是,氧氯化锆锂这样的固态电解质材料,离量产有多远?

 

四、之前我写过几篇文章,论述了固态电池的常识性问题。其中一个,就是为什么大家一窝蜂地研究全固态电池?当时,国轩高科的许巍博士告诉我,“那是因为实验室里面(流程)走通了。”换句话说,实验室里面实现了整个流程,经过多年研究,全固态电池已经能够以高电流密度进行放电。

五、另外很重要的是,找到这种材料和量产应用这种材料,还是有相当距离的。毕竟,由于固态电解质难以兼顾性能和成本,量产仍面临巨大阻碍;所以值得注意的是,给中科大提供样品的上市公司三祥新材,对外界的回复称,“公司采用国内首创的沸腾氯化工艺生产氧氯化锆,设计产能可达10万吨,项目一期已全面投产;公司有向中科大等科研团队提供公司样品,处于实验初步阶段,请注意投资风险。”

 

六、材料级概念VS产品级概念﹕再来说说东京工业大学发布的公报。我们知道,丰田系的固态电池,是以硫化物固态电解质为研发方向的。

 

                                                              

1、根据公报,团队以固态导体锂锗磷硫化物为基础,进行了“高熵化”设计改进,开发出在室温下离子电导率达32毫西门子/厘米的新材料。在零下50摄氏度至零上55摄氏度的温度范围内,新材料离子电导率为原锂锗磷硫化物导体的2.3至3.8倍。

2、公报说,研究人员制成了膜厚度达1毫米的钴酸锂正极(以这种新材料作为固态电解质),这种电极单位面积的容量可提升至迄今全固态电池最大值的1.8倍。报告称,“本项成果将为纯电动汽车、智能电网等领域使用的下一代蓄电设备的研发带来新方向。”这个消息和氧氯化锆锂能把成本降到4%的消息,听起来都是鼓舞人心,但什么时候能量产,都还不清楚。毕竟,从氯化锆锂到氧氯化锆锂这一小步,马骋教授的课题组已经走了两年。

3、此前丰田表示,已经发现了克服全固态电池寿命较短这一课题的新技术,“, 我们的目标是彻底改变目前动力电池太大、太重和昂贵的局面。就潜力而言,我们的目标是将所有这些因素减半。”丰田碳中和研发中心的总裁Keiji Kaita说过。

 

                      

 

4、不过,全球动力电池龙头宁德时代的首席科学家吴凯随后提出了质疑,其表示电池成本减半其实很难做到,即使固, 态电池完全不需要电解液和隔膜,成本也降不了一半。“所以我不知道他们成本减半的分母是什么,可能他们有一些‘独到之处’。”吴凯说;实际上,目前产业链龙头的做法是,通过加速半固态电池的产业化进程,来推动半固态电池的技术进步和落地。比如,宁德时代推出凝聚态电池,比亚迪全路线布局,后续或升级固态+短刀+CTC体系,卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂业、辉能科技等技术优异企业,争相落地产能。

5、当然,从各种院士专家的角度来说,半固态都是过渡的办法。但是,半固态电池兼容现有工艺设备,对产业链冲击较小,通过减少电解液用量,使用聚合物+氧化物复合电解质,仍保留隔膜结构,负极升级为预锂化的硅基等材料,正极升级为高镍高电压、超高镍等材料的做法,能量密度可达350Wh/kg以上。

6、就拿动静比较大的得到上汽集团追加不超过27亿元投资的清陶能源来说,8月22日,上汽集团与清陶能源共同宣布,联合开发的第一代半固态电池已完成装车试验,单体能量密度达368Wh/kg,测试车辆续航里程达到1083公里,充电10分钟续航增加400公里,将于2024年在智己品牌的新车上实现量产。

 

                                            

7、成本方面,第一代半固态电池与液态电池成本相当。而据清陶能源的规划,下一代准固态电池(液态电解质<5%)成本将比同等规格的磷酸铁锂或三元电池低10%-30%,2027年问世的第三代产品(全固态,注意这个2027年),成本将降低40%,不过产线70%以上是全新的,无疑会增加很大成本。

8、对于车企来说,检验电池的标准,在于能不能量产。一句话,够用、能用、好用就好。加上成本做得下来,是不是全固态电池有什么关系呢?

1)清陶能源总经理李峥还提到两个很有意思的概念,丰田讲的“充电10分钟1200公里”,是一个“材料级的概念”,只是一个材料学方面的比喻。而清陶介绍的明年上汽集团装车,“充电10分钟,在整车量级上实现400公里续航”,是“产品级的概念”,不能放在一起进行类比。

2)而说到炒“产品级概念”,就在最近,大众等投资的QuantumScape又放了颗“卫星”:计划在2023年开始试生产部分固态电池,预计2025年实现大规模量产。据说,QuantumScape的固态电池续航能够做到接近2000公里,15分钟充满80%的电量,电池100万公里以上。

3)就像之前说的,QuantumScape所谓的2000公里续航无实际意义,关键在于充电的基础设施。

9、我还是觉得,动力电池可能会止步于准固态(可实现400Wh/kg+),除了能量流动的物理常识,因为这时已经达到了技术和成本的最佳平衡。

                         

 

 

 

发布时间:2023/9/26 21:44:19 查看:263次

上一条:钠电池团体标准通过专家组审查,离实现量产已经不远了 返回
下一条:浅谈磁悬浮鼓风机相关技术
上海企科设备工程有限公司 版权所有
电话:021-56637030 传真:021-66981091 移动电话:13816294308 联系人:俞鹤鸣 Email:13611843787@126.com
地址:中国 上海市沪太路5018弄梓坤科技园608号 邮编:200070 沪ICP备:20001609-1号