新材料新技術(shù)助攻 固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化加速
發(fā)布日期：2019-09-26 瀏覽次數(shù)：1875
新材料新技術(shù)助攻 固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化加速
摘要當(dāng)前，包括主機(jī)廠、電池廠和科研機(jī)構(gòu)都在積極研發(fā)固態(tài)電池。其中電池企業(yè)以中國為主，而主機(jī)廠和科研機(jī)構(gòu)則是以歐美日為代表
在能量密度和安全性能提升的雙重驅(qū)動下，固態(tài)電池在2019年的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程明顯加速。
日前，臺灣固態(tài)電池企業(yè)輝能科技與愛馳汽車簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議。雙方會著重在輝能MAB固態(tài)電池包與模塊技術(shù)的聯(lián)合研制與優(yōu)化，及針對MAB電池包開發(fā)的先進(jìn)智能電池全生命周期管理系統(tǒng)。
中長期，雙方計(jì)劃將深化至新車型開發(fā)合作及固態(tài)電池生產(chǎn)技術(shù)授權(quán)、投資/入股國內(nèi)落地生產(chǎn)項(xiàng)目等層面，在技術(shù)端、生產(chǎn)端、資本端展開合作，共同推進(jìn)動力固態(tài)電池商業(yè)化落地。
在此之前，輝能科技還和蔚來汽車、天際汽車和南都電源等主機(jī)廠和電池企業(yè)簽署了，戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方在推動固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化方面達(dá)成了合作。
其中，輝能科技與上述車企的短期合作目標(biāo)都是圍繞于輝能科技的MAB固態(tài)電池包與模塊技術(shù)，有助于推動固態(tài)電池在電動汽車上的應(yīng)用，為新能源汽車市場的發(fā)展提供新的技術(shù)路線。
據(jù)了解，輝能科技通過內(nèi)部串并聯(lián)，電芯可以組成一個(gè)大的復(fù)合式電池芯。它節(jié)省掉外部串聯(lián)所需的打線、金屬柄或金屬棒等，既降低阻值，減少發(fā)熱問題的產(chǎn)生。此時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、BMS系統(tǒng)就可得到簡化，同時(shí)重量/體積成組效率得以增加。這是輝能固態(tài)電池PACK能量密度能夠超過液態(tài)電池的主要因素。
當(dāng)前，包括主機(jī)廠、電池廠和科研機(jī)構(gòu)都在積極研發(fā)固態(tài)電池。其中電池企業(yè)以中國為主，而主機(jī)廠和科研機(jī)構(gòu)則是以歐美日為代表。
目前全球布局固態(tài)電池的公司和機(jī)構(gòu)超過46家，國內(nèi)外企業(yè)和資金主要圍繞三個(gè)路徑進(jìn)行布局，分別是：聚合物電解質(zhì)和無機(jī)電解質(zhì)的氧化物、硫化物。鋰二次電池根據(jù)電解質(zhì)不同可分為液態(tài)鋰電池、混合固液態(tài)電解質(zhì)鋰電池和全固態(tài)里電池三大類別。
國內(nèi)方面，包括清陶能源、輝能科技、贛鋒鋰業(yè)、萬向一二三、衛(wèi)藍(lán)新能源、珈偉股份、巨電新能源等中國鋰電池企業(yè)，都在建設(shè)固態(tài)電池產(chǎn)線甚至已經(jīng)投產(chǎn)，向固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化邁出了關(guān)鍵的步伐。
國際方面，豐田、日產(chǎn)雷諾、通用都加緊固態(tài)電池的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化布局，包括福特、寶馬、奔馳、現(xiàn)代等多家車企也在關(guān)注固態(tài)電池技術(shù)。
不過，從目前整體情況來看，盡管2019年固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化取得了較大進(jìn)展，但依然無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)和成熟應(yīng)用。成本、安全性以及原材料等問題依然是阻礙固態(tài)電池商業(yè)化的重要因素。
不過，需要注意的是，當(dāng)前有越來越多企業(yè)在通過研發(fā)新的制造工藝和材料逐步完善和提升固態(tài)電池的性能，從而解決固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化面臨的困難。
下面就來看看國內(nèi)外固態(tài)電池領(lǐng)域都有哪些新技術(shù)、新材料和新進(jìn)展吧。
新技術(shù)
1、Prieto 3D固態(tài)鋰離子電池技術(shù)
創(chuàng)業(yè)公司Prieto Battery宣布其開發(fā)的3D固態(tài)鋰電池通過了一系列的UL和IEC（國際電工委員會）鋰離子化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)測試，有助于加速推進(jìn)其3D固態(tài)鋰電池的商業(yè)化進(jìn)程。
Prieto電池的技術(shù)是基于一種新型的三維結(jié)構(gòu)，其中高表面負(fù)極和共形涂層聚合物電解質(zhì)以高通量的方式通過電化學(xué)方法制成。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于Prieto的3D電極與鋰離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)共形涂層的能力。
2、3D打印固態(tài)電池
總部位于硅谷的創(chuàng)業(yè)公司KeraCel與日本汽車零部件制造商Musashi Seimitsu Industry（武藏集團(tuán)）建立了戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系的投資，以推動其3D打印電池技術(shù)的開發(fā)和商業(yè)化。
KeraCel正在開發(fā)并推出使用專有3D打印方法制造的固態(tài)電池。KeraCel電池中使用的固體材料是陶瓷。在KeraCel的方法中，陶瓷材料層非常薄，減少了非活性材料的開銷量，并增加了潛在的能量密度。
KeraCel承諾推出突破性的固態(tài)電池設(shè)計(jì)和制造方法，其使用陶瓷電解質(zhì)，鋰金屬負(fù)極和3D打印技術(shù)生產(chǎn)的固態(tài)電池比現(xiàn)有的鋰電池能量密度增加2-3倍，或者相同的能量水平下成本降低一半。
3、澳大利亞聯(lián)手日本研發(fā)新型固態(tài)鋰電池
澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）宣布和日本化學(xué)品制造商Piotrek達(dá)成協(xié)議，雙方將合作研發(fā)固態(tài)鋰電池。
CSIRO將與Piotrek合作開發(fā)下一代鋰電池用固體聚合物電解質(zhì)（SPE），采用CSIRO專有的RAFT（可逆加成 - 斷裂鏈轉(zhuǎn)移）聚合物技術(shù)和Piotrek的離子導(dǎo)電聚合物（ICP）技術(shù)。
RAFT技術(shù)能夠擴(kuò)展不同類型的電池通用性，并降低設(shè)備的組裝和制造成本。而ICP技術(shù)則使整個(gè)固態(tài)鋰電池性能更加穩(wěn)定。
4、比利時(shí)新型工藝研發(fā)400Wh/L固態(tài)電池
比利時(shí)微電子研究中心Imec和Energy Ville開發(fā)出一種能量密度為400Wh/L的固態(tài)電池，可在兩小時(shí)內(nèi)充滿電。該生產(chǎn)過程也具有液體電解質(zhì)的電池非常相似。
Imec的研究人員開發(fā)了依賴于固體納米復(fù)合電解質(zhì)和由磷酸鐵鋰及鋰金屬陽極制成的標(biāo)準(zhǔn)正極組合的工藝。固體電解質(zhì)具有高達(dá)10ms/cm的極高導(dǎo)電率，并且根據(jù)Imec壓力釋放，具有甚至更高導(dǎo)電率的潛力。
新材料
1、賓夕法尼亞州立大學(xué)開發(fā)新型固體電解質(zhì)
賓夕法尼亞州立大學(xué)開發(fā)出一種新的固體聚合物電解質(zhì)，該電解質(zhì)將允許鋰離子容易地通過它，同時(shí)還限制或防止在充電階段鋰枝晶生長。
增強(qiáng)的SEI生產(chǎn)電解質(zhì)是由聚合鋰鹽，氟化鋰納米粒子和氧化石墨烯片組成的反應(yīng)性聚合物復(fù)合物，有助于進(jìn)行固態(tài)電池的進(jìn)一步發(fā)展。
2、萬向一二三采用新型材料研發(fā)固態(tài)電池
萬向一二三和Ionic Materials聯(lián)合對外宣布，全固態(tài)電池研發(fā)取得里程碑式進(jìn)展。
通過將Ionic Materials公司先進(jìn)的導(dǎo)電離子聚合物與A123的新一代三元/石墨鋰離子化學(xué)相結(jié)合，萬向一二三和Ionic Materials公司共同開發(fā)出一款具有高能量密度，高安全且不使用易燃液體電解質(zhì)的電池。通過不使用諸如金屬鋰等特殊電極，具有固體聚合物電解質(zhì)的全固態(tài)電池將更快推出市場。
新進(jìn)展
1、美企研發(fā)432Wh/kg固態(tài)電池
美國新能源公司SF Motors旗下部門TeraWatt Technology宣布推出4.5Ah固態(tài)電池設(shè)計(jì)原型，而且該電池的能量密度達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的432Wh/kg（1122Wh/L）。
這款4.5Ah下一代固態(tài)電池品牌名為TERA3.0，將于2021年面向部分早期用戶推出，在2022年全面上市。同時(shí)，TeraWatt Technology將繼續(xù)迭代TERA3.0設(shè)計(jì)線，并進(jìn)一步研發(fā)其他電池設(shè)計(jì)，包括不同的電池模式、尺寸和能量容量。
2、Solid Power新建固態(tài)電池產(chǎn)線
美國固態(tài)電池公司Solid Power宣布將建立一條固態(tài)電池試產(chǎn)線，與寶馬、福特等合作伙伴進(jìn)行的研究試驗(yàn)開發(fā)生產(chǎn)級ASSB（全固態(tài)電池）。
3、固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)商Ilika擴(kuò)充產(chǎn)線
英國固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)商Ilika宣布已在漢普郡開設(shè)了一家新工廠，建設(shè)一條預(yù)試生產(chǎn)線以開發(fā)和生產(chǎn)固態(tài)電池。Ilika的新設(shè)施的部分資金獲得了法拉第電池挑戰(zhàn)項(xiàng)目提供的500萬英鎊。
新材料新技術(shù)助攻 固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化加速
摘要當(dāng)前，包括主機(jī)廠、電池廠和科研機(jī)構(gòu)都在積極研發(fā)固態(tài)電池。其中電池企業(yè)以中國為主，而主機(jī)廠和科研機(jī)構(gòu)則是以歐美日為代表
在能量密度和安全性能提升的雙重驅(qū)動下，固態(tài)電池在2019年的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程明顯加速。
日前，臺灣固態(tài)電池企業(yè)輝能科技與愛馳汽車簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議。雙方會著重在輝能MAB固態(tài)電池包與模塊技術(shù)的聯(lián)合研制與優(yōu)化，及針對MAB電池包開發(fā)的先進(jìn)智能電池全生命周期管理系統(tǒng)。
中長期，雙方計(jì)劃將深化至新車型開發(fā)合作及固態(tài)電池生產(chǎn)技術(shù)授權(quán)、投資/入股國內(nèi)落地生產(chǎn)項(xiàng)目等層面，在技術(shù)端、生產(chǎn)端、資本端展開合作，共同推進(jìn)動力固態(tài)電池商業(yè)化落地。
在此之前，輝能科技還和蔚來汽車、天際汽車和南都電源等主機(jī)廠和電池企業(yè)簽署了，戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方在推動固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化方面達(dá)成了合作。
其中，輝能科技與上述車企的短期合作目標(biāo)都是圍繞于輝能科技的MAB固態(tài)電池包與模塊技術(shù)，有助于推動固態(tài)電池在電動汽車上的應(yīng)用，為新能源汽車市場的發(fā)展提供新的技術(shù)路線。
據(jù)了解，輝能科技通過內(nèi)部串并聯(lián)，電芯可以組成一個(gè)大的復(fù)合式電池芯。它節(jié)省掉外部串聯(lián)所需的打線、金屬柄或金屬棒等，既降低阻值，減少發(fā)熱問題的產(chǎn)生。此時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、BMS系統(tǒng)就可得到簡化，同時(shí)重量/體積成組效率得以增加。這是輝能固態(tài)電池PACK能量密度能夠超過液態(tài)電池的主要因素。
當(dāng)前，包括主機(jī)廠、電池廠和科研機(jī)構(gòu)都在積極研發(fā)固態(tài)電池。其中電池企業(yè)以中國為主，而主機(jī)廠和科研機(jī)構(gòu)則是以歐美日為代表。
目前全球布局固態(tài)電池的公司和機(jī)構(gòu)超過46家，國內(nèi)外企業(yè)和資金主要圍繞三個(gè)路徑進(jìn)行布局，分別是：聚合物電解質(zhì)和無機(jī)電解質(zhì)的氧化物、硫化物。鋰二次電池根據(jù)電解質(zhì)不同可分為液態(tài)鋰電池、混合固液態(tài)電解質(zhì)鋰電池和全固態(tài)里電池三大類別。
國內(nèi)方面，包括清陶能源、輝能科技、贛鋒鋰業(yè)、萬向一二三、衛(wèi)藍(lán)新能源、珈偉股份、巨電新能源等中國鋰電池企業(yè)，都在建設(shè)固態(tài)電池產(chǎn)線甚至已經(jīng)投產(chǎn)，向固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化邁出了關(guān)鍵的步伐。
國際方面，豐田、日產(chǎn)雷諾、通用都加緊固態(tài)電池的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化布局，包括福特、寶馬、奔馳、現(xiàn)代等多家車企也在關(guān)注固態(tài)電池技術(shù)。
不過，從目前整體情況來看，盡管2019年固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化取得了較大進(jìn)展，但依然無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)和成熟應(yīng)用。成本、安全性以及原材料等問題依然是阻礙固態(tài)電池商業(yè)化的重要因素。
不過，需要注意的是，當(dāng)前有越來越多企業(yè)在通過研發(fā)新的制造工藝和材料逐步完善和提升固態(tài)電池的性能，從而解決固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化面臨的困難。
下面就來看看國內(nèi)外固態(tài)電池領(lǐng)域都有哪些新技術(shù)、新材料和新進(jìn)展吧。
新技術(shù)
1、Prieto 3D固態(tài)鋰離子電池技術(shù)
創(chuàng)業(yè)公司Prieto Battery宣布其開發(fā)的3D固態(tài)鋰電池通過了一系列的UL和IEC（國際電工委員會）鋰離子化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)測試，有助于加速推進(jìn)其3D固態(tài)鋰電池的商業(yè)化進(jìn)程。
Prieto電池的技術(shù)是基于一種新型的三維結(jié)構(gòu)，其中高表面負(fù)極和共形涂層聚合物電解質(zhì)以高通量的方式通過電化學(xué)方法制成。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于Prieto的3D電極與鋰離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)共形涂層的能力。
2、3D打印固態(tài)電池
總部位于硅谷的創(chuàng)業(yè)公司KeraCel與日本汽車零部件制造商Musashi Seimitsu Industry（武藏集團(tuán)）建立了戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系的投資，以推動其3D打印電池技術(shù)的開發(fā)和商業(yè)化。
KeraCel正在開發(fā)并推出使用專有3D打印方法制造的固態(tài)電池。KeraCel電池中使用的固體材料是陶瓷。在KeraCel的方法中，陶瓷材料層非常薄，減少了非活性材料的開銷量，并增加了潛在的能量密度。
KeraCel承諾推出突破性的固態(tài)電池設(shè)計(jì)和制造方法，其使用陶瓷電解質(zhì)，鋰金屬負(fù)極和3D打印技術(shù)生產(chǎn)的固態(tài)電池比現(xiàn)有的鋰電池能量密度增加2-3倍，或者相同的能量水平下成本降低一半。
3、澳大利亞聯(lián)手日本研發(fā)新型固態(tài)鋰電池
澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）宣布和日本化學(xué)品制造商Piotrek達(dá)成協(xié)議，雙方將合作研發(fā)固態(tài)鋰電池。
CSIRO將與Piotrek合作開發(fā)下一代鋰電池用固體聚合物電解質(zhì)（SPE），采用CSIRO專有的RAFT（可逆加成 - 斷裂鏈轉(zhuǎn)移）聚合物技術(shù)和Piotrek的離子導(dǎo)電聚合物（ICP）技術(shù)。
RAFT技術(shù)能夠擴(kuò)展不同類型的電池通用性，并降低設(shè)備的組裝和制造成本。而ICP技術(shù)則使整個(gè)固態(tài)鋰電池性能更加穩(wěn)定。
4、比利時(shí)新型工藝研發(fā)400Wh/L固態(tài)電池
比利時(shí)微電子研究中心Imec和Energy Ville開發(fā)出一種能量密度為400Wh/L的固態(tài)電池，可在兩小時(shí)內(nèi)充滿電。該生產(chǎn)過程也具有液體電解質(zhì)的電池非常相似。
Imec的研究人員開發(fā)了依賴于固體納米復(fù)合電解質(zhì)和由磷酸鐵鋰及鋰金屬陽極制成的標(biāo)準(zhǔn)正極組合的工藝。固體電解質(zhì)具有高達(dá)10ms/cm的極高導(dǎo)電率，并且根據(jù)Imec壓力釋放，具有甚至更高導(dǎo)電率的潛力。
新材料
1、賓夕法尼亞州立大學(xué)開發(fā)新型固體電解質(zhì)
賓夕法尼亞州立大學(xué)開發(fā)出一種新的固體聚合物電解質(zhì)，該電解質(zhì)將允許鋰離子容易地通過它，同時(shí)還限制或防止在充電階段鋰枝晶生長。
增強(qiáng)的SEI生產(chǎn)電解質(zhì)是由聚合鋰鹽，氟化鋰納米粒子和氧化石墨烯片組成的反應(yīng)性聚合物復(fù)合物，有助于進(jìn)行固態(tài)電池的進(jìn)一步發(fā)展。
2、萬向一二三采用新型材料研發(fā)固態(tài)電池
萬向一二三和Ionic Materials聯(lián)合對外宣布，全固態(tài)電池研發(fā)取得里程碑式進(jìn)展。
通過將Ionic Materials公司先進(jìn)的導(dǎo)電離子聚合物與A123的新一代三元/石墨鋰離子化學(xué)相結(jié)合，萬向一二三和Ionic Materials公司共同開發(fā)出一款具有高能量密度，高安全且不使用易燃液體電解質(zhì)的電池。通過不使用諸如金屬鋰等特殊電極，具有固體聚合物電解質(zhì)的全固態(tài)電池將更快推出市場。
新進(jìn)展
1、美企研發(fā)432Wh/kg固態(tài)電池
美國新能源公司SF Motors旗下部門TeraWatt Technology宣布推出4.5Ah固態(tài)電池設(shè)計(jì)原型，而且該電池的能量密度達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的432Wh/kg（1122Wh/L）。
這款4.5Ah下一代固態(tài)電池品牌名為TERA3.0，將于2021年面向部分早期用戶推出，在2022年全面上市。同時(shí)，TeraWatt Technology將繼續(xù)迭代TERA3.0設(shè)計(jì)線，并進(jìn)一步研發(fā)其他電池設(shè)計(jì)，包括不同的電池模式、尺寸和能量容量。
2、Solid Power新建固態(tài)電池產(chǎn)線
美國固態(tài)電池公司Solid Power宣布將建立一條固態(tài)電池試產(chǎn)線，與寶馬、福特等合作伙伴進(jìn)行的研究試驗(yàn)開發(fā)生產(chǎn)級ASSB（全固態(tài)電池）。
3、固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)商Ilika擴(kuò)充產(chǎn)線
英國固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)商Ilika宣布已在漢普郡開設(shè)了一家新工廠，建設(shè)一條預(yù)試生產(chǎn)線以開發(fā)和生產(chǎn)固態(tài)電池。Ilika的新設(shè)施的部分資金獲得了法拉第電池挑戰(zhàn)項(xiàng)目提供的500萬英鎊。
