动力电池技术趋势全面解析

2、全固锂态动力电池——未来的发展方向

世界各国先后制订的高能量密度锂电池研发目标,均在积极地布局锂硫电池、锂空气电池或锂金属电池等前瞻性技术。

固态锂电池在继承传统锂电池优点的基础上,安全性、能量密度都有了大幅进步。目前,全固态锂电池研发可提供的能量密度基本可达300~400Wh/kg,有望成为下一代高能量密度动力和储能电池技术的重要发展方向,这已是学术界和产业界的共识。

图1世界各国对动力电池能量密度的阶段目标

图2世界锂电池技术路线走向

全球动力电池关联企业也加速布局全固态锂电池领域以抢占先机,目前各技术路径的产业化进程不同,其中以聚合物固态电池发展较快,由于其高温工作性能较好,已经完成实验室验证并有小部分企业实现了小规模产业化。

固态锂电池(聚合物固态电池)研发应用现状

法国Bolloré:全固态二次电池(LMP),负极材料采用金属锂,电解质采用聚合物(PEO等)薄膜,目前已经批量应用在法国的EV,共享服务汽车“Autolib”和小型电动巴士“Bluelus,总体应用超过3000辆。

美国Seeo:全固体二次电池采用大创公司的干聚合物薄膜,提供的样品电池组能量密度为130-150Wh/kg,2017年能量密度能达到300Wh/kg,尚未推广应用。

CATL:目前已经设计制造出了容量为325mAh的聚合物电芯,表现出较好的高温循环性能,尚未推广应用。

中科院青岛能源所:开发的大容量固态聚合物锂电池“青能I号”完成深海科考,其能量密度超过250Wh/kg,500次循环容量保持80%以上,在多次针刺和挤压等苛刻测试条件下保持非常好的安全性能。“青能II号”也已经研发成功,能量密度高达300Wh/kg,尚未推广应用。

此外,固态锂电池中,硫化物固态电池(锂硫电池)由于具有较高的能量密度和低廉的成本,有着巨大的开发潜力,丰田、三星、CATL、丰田等国内外企业均纷纷加速布局,这其中以丰田技术最为领先。丰田在2010年就推出硫化物固态电池,2014年其实验原型能量密度达到400Wh/kg,截止到2017年初,丰田固态电池专利数量达到30件,远高于其它企业。据丰田高管透露,丰田或将在2020年实现硫化物固态电池的产业化。国内企业CATL在硫化物固态电池方面相对领先,正加速开发纯电动汽车用的硫化物全固态锂金属电池。

固态锂电池(硫化物固态电池)研发现状

丰田:2010年开始推出固态电池,2014年其实验原型能量密度达到400Wh/kg。

三星日本研究所:利用硫化物类固体电解质试制出2000mAh、175Wh/kg的压层型全固态二次电池。

Sakti3(美国):2015年获得英国家电巨头戴森1500万美元的投资,其开发的固态电池以陶瓷等为电解质,金属锂或锂类合金为负极,能量密度达到1000Wh/L,目前仍处于研发阶段。

清陶能源:公司核心在于高固含量的全陶瓷隔膜和无机固体电解质的开发和生产。目前团队已经和北汽开展合作进行中试,未来可能作为北汽电动车的重要组件。

CATL:主要研发方向是硫化物电解质,采用正极包覆方法,解决了界面反应问题,热压方式降低了界面电阻。