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固态电池热潮下的三点冷思考--2

 

(2)冷思考之(二):全球研发困局:回溯全球固态电池研发史,日本是最早起步的国家。
日本此前也十分重视固态电池研发,并将其作为重点产业发展。在一些本土龙头企业探索下,日本固态电池产业发展到如今,已经具备了先发优势。其中,东芝在1983年就开发出了可实用的Li/TiS2薄膜固态电池;如今在技术上最领先的则是丰田。早在2008年,丰田就通过合作的方式,展开了固态电池的研发,目前拥有1300多项相关专利,是全球拥有专利数量最大的企业,占据全球固态电池专利数量的13%之多。尽管光环显赫,但丰田的固态电池研发之路却不尽人意。此前,丰田曾计划在2020年推出搭载固态锂离子电池的电动汽车,并于2022年实现量产。该计划早已落空。巨大的时间成本,却没有换来预期的成果。值得一提的是,在固态电池研究方面,国内企业虽不及日本起步早,但近年来,由于参与者越来越多,在投资规模上已经超越了日本。我们的企业为何如此热情?不得不提到,固态电池成为又一个国家“自上而下”从零开始进行扶持的产业。今年5月,业内有消息称,中国或将投入约60亿元用于全固态电池研发,国内共有六家企业或获得政府基础研发支持,这一消息如一支“兴奋剂”,令国内企业的热情提振起来。国家队下场、60亿元资金支持,实际上也印证了固态电池研发难度大,同时,研发固态电池确实是一件烧钱的事情。
a.固态电池研发之难,连宁王都叫苦不迭。曾毓群曾在公开表示,“宁德时代已经在这方面投资了10年,固态电池只有在使用新型化学材料、负极电极使用纯锂金属的情况下才会有很大优势,要将这种电池推向市场,还有很多困难。”
b.比亚迪电池CTO孙华军也曾表示,“我们有大量实验室数据,也做了大电池,结果发现固态电池大规模量产还是有大量的问题。”
c.华夏储能注意到,当前,在通往全固态电池的道路上横亘着两座大山:
a)一个是界面问题。锂电池正负极之间的物质从液态变成固态,避免了泄漏的可能性,稳定性得到进一步增强,这也使得发生热失控的风险降低,而使得安全性得以提高。但是,固固接触的天然不稳定性,电解质在充放电过程中可能引发体积膨胀和收缩的问题,都会影响电池结构的稳定性,直接影响固态电池的循环寿命等性能。
b)一个是枝晶问题。枝晶是锂电池充电过程中,锂离子还原形成的树枝状金属锂。锂枝晶生长到一定程度,就会刺穿隔膜,导致内部短路,引发起火。理论上,如果采用固态电解质,枝晶难以穿透固体材质。而事实上,枝晶依然可以沿着电解质间的缝隙延伸而生长。而且,与电解液相比,电解质更适合枝晶的生长。有部分专家认为,自全球开始研发固态电池开始,上述两个问题几乎无解。迄今,十余年过去,拦路虎仍然在。或许展望未来,将来业内有望通过材料的创新,工艺的突破,将两座大山彻底铲平。但全产业链在资金上还要投入多少?时间还要等多久?这都是值得思考的问题。

(3)冷思考之(三):致命弱点,难解行业痛点:行业之所以热衷于研发固态电池,一是出于对能量密度的极致追求,另一则是为了更好的解决锂电池的安全问题。
a.华夏储能注意到,每当电动汽车或储能电站发生起火事件后,固态电池便会迎来一番关注,资本市场也会有相应的强烈反映。在行业内,全固态电池也被当成解决锂电池安全问题的“法宝”。

b.但问题是:全固态电池真的百分百安全吗?今年11月22日,国家消防救援局召开的例行新闻发布会上,针对新能源安全问题重点指出了两大问题:一是锂电池的热失控不可避免,二是灭火救援的难题还没有有效解决。锂元素的特性及电池原理决定了,只要是锂离子电池,就会有发生热失控的风险,且很难扑救。目前的固态电池,也属于锂电池的一种。而且与使用电解液的锂电池相比,固态电池中锂的使用量更高。

c.尤其是部分产线在制备过程中,为了抑制枝晶生长和提升能量密度,而使用锂金属作为负极材料,使锂的含量进一步增加。事实上,在电池安全问题上,没有绝对的安全,只有相对的安全。所谓相对的安全,就是在安全与经济性之间寻找平衡。

d.在关于储能电芯安全的讨论中,曾有业内人士指出了“预防火灾”的新思路——如果能将起火或热失控范围控制在电芯或PACK层面,甚至一个储能柜层面,那么其造成的经济损失是完全可以接受的,只要等失火单元烧尽,再进行局部更换——从技术或工艺角度,避免事故的范围扩大,就可以极大的缓解消防救援的压力了。

e.换句话说,在现有电池工艺上的安全可靠性提升,大有空间,研发固态电池还是一个“必选项”吗?另外,对全固态电池来说,其还有一项天生的弱点,就是导电率较差,暂不能满足快充的要求——除了电动汽车行业之外,储能及消费电子对快充的要求越来越高。

f.锂电池充电的快慢,主要取决于锂离子在正负极之间来回穿梭的速度,也就是导电率。对于使用电解液的锂电池和固态电池之间导电率的差别,有一个形象的比喻——就是在水里和在沙子里游泳的差别。当前有一些研发固态电池的企业已宣称自己的产品在快充方面取得了较大进步——如丰田在2023年宣称其研发的固态电池充电只需10分钟即可行驶1200公里;松下首次对外公开其快充全固态电池,称该电池仅需3分钟,便可从10%充到80%;不过,这些数据目前也只是实验室数据,其是否得到了充分的市场验证,目前还不得而知。

g.另外,华夏储能近期的调研显示,多数来自材料、电池领域的专家都认为,全固态电池不具备快充“基因”,暂不能应用于对快充要求较高的场景;安全性并未提升、快充难题未解,两大显见的弱势对照之下,固态电池的优势光环也自然黯淡了。

发布时间:2025/1/10 10:57:10 查看:76次

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