《多家头部企业锚定硫化物全固态电池,量产时间已定》

  • 来源专题:能源情报网监测服务平台
  • 编译者: 郭楷模
  • 发布时间:2024-08-14
  • 作为已经被业界公认的下一代先进电池,全固态电池产业化已经被全球主要汽车与电池生产国上升到战略高度。

    根据不同的电解质类型,固态电池主要包括聚合物、氧化物、硫化物三种技术路线。具体选择哪种路线来制造全固态电池?头部企业似乎已经有了答案。

    据电池中国了解,目前包括Solid Power、丰田、松下电池、三星 SDI等海外企业,均选择硫化物路线研发全固态;国内来看,包括宁德时代、亿纬锂能、国轩高科、蜂巢能源、广汽等企业也锚定了硫化物路线。

    业内人士分析指出,硫化物电解质离子电导率最高,电化学窗口宽,柔度和可塑性好,或最终成为全固态电池主要路径。但需要指出的是,硫化物电解质生产要求高,且硫化锂前驱体昂贵,仍是制约其商业化的主要障碍。

    值得注意的是,在全球都在加大全固态电池领域投资、研发的当下,中国正逐步建立全固态电池产业链。

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    多家电池企业公布全固态电池量产时间表

    今年以来,对全固态电池的关注度陡然增温。就连之前对全固态电池不太乐观的宁德时代,也改口了。今年年初,宁德时代董事长曾毓群在接受媒体采访时,还曾对固态电池即将商业化的说法持质疑态度。彼时,丰田称固态电池最早将于2027年投入使用,但曾毓群表示,电动汽车固态电池距离商业化还有数年时间,这项技术还不够完善,缺乏耐用性,且仍然存在安全问题。

    然而,今年6月,宁德时代在接受投资者调研时表示,如果用技术和制造成熟度作为评价体系(1-9打分), 宁德时代全固态电池研发项目目前处于4的水平,目标是到2027年达到7-8的水平,有望实现全固态电池小批量生产。

    “目前没有任何一种固态电解质是十全十美的,(但)硫化物路线或率先突破。”宁德时代储能事业部CTO许金梅表示。值得注意的是,宁德时代首席科学家吴凯今年早些时候也透露,宁德时代2027年小批量生产全固态电池机会很大,硫化物路线进展较快,并已建立10Ah级全固态电池验证平台。

    据了解,目前全固态电池在固固界面、锂金属负极、固态电解质、制造工艺等维度仍面临挑战,宁德时代已经在高比能、长寿命正极,高性能锂金属负极,以及干/湿法极片制备和电芯一体化成型工艺等维度有进展。

    今年6月,亿纬锂能也曾透露,公司在全固态电池电解质路线上,选择了硫化物和卤化物复合固态电解质路线,预计2026年将突破生产工艺,推出全固态电池,并在2028年推出能量密度高达400Wh/kg的全固态电池。

    5月,国轩高科对外发布了公司自主研发的全固态电池产品——“金石电池”,该电池采用了硫化物电解质路线,基于对硫银锗矿型材料的微纳化处理(D50不超过500nm),其电解质可实现超过10mS/cm的高电导率。据国轩高科介绍,其30Ah全固态电芯可实现350Wh/kg的质量能量密度,800Wh/L的体积能量密度,电芯体系循环次数则可达3000次以上。

    此外,广汽集团今年4月发布了能量密度达400Wh/kg以上的全固态电池,计划于2026年首先搭载于其昊铂车型。据业内人士分析,广汽或采用了硫化物电解质。去年10月,丰田汽车和日本出光兴产石油公司共同宣布,争取2027至2028年使全固态电池进入实用化阶段,亦采用硫化物固态电解质,这种固态电解质能实现大容量、大功率等特性。

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    产业链逐步跟进,硫化物全固态量产可期

    据报道,上个月欧阳明高院士工作站在全固态电池中的关键材料——“硫化物电解质”的研发中,已经取得阶段性进展:研发的纳米级“硫化物电解质”即将进入量产阶段,目前正在规划一条年产百吨级的中试线。中试线运行顺利后,2026年前,欧阳明高院士工作站还会建设一个千吨级的量产线。

    作为国内电解液头部企业之一,据悉天赐材料Li2S与硫化物电解质将于今年完成实验室中试,规划未来两年实现中试及量产。

    当升科技在投资者互动平台表示,该公司已系统布局硫化物、氧化物、聚合物等主流固态电池用关键材料技术路线。未来,当升科技会根据市场情况和客户需求持续推进固态锂电材料生产及销售。

    据悉,容百科技已经布局离子电导率>10mS/cm,对空气稳定性>75%,粒径<700nm的硫化物固态电解质,以及适配全固态电池的电容量>207mAh/g、效率>86%、压实密度>3.6g/cc三元正极材料。

    容百科技研发体系总裁李琮熙表示,为实现硫化物系全固态电池的产业化,就需要让基础原料硫化锂的价格持续降低才可以。此外,在全固态电池产业化道路上,还需要攻克固态电解质与正负极材料间的界面问题、固态电解质的合成问题、固态电池制造工艺多个技术难题。

    值得一提的是,今年以来,多家电池产业链企业、科研机构在核心工艺、先进设备研发等维度持续取得进展,相信结合大数据技术,以及在全行业积极投入推动下,全固态电池的产业化有望提前到来。

  • 原文来源:https://www.nengyuanjie.net/article/96484.html
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    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-08-18
    •  相较于传统的锂离子电池,固态电池能提供更好的续航能力和安全性,但目前而言,固态电池迫于技术和成本的双重制约,距离产业化仍然需要很长时间。   光大证券认为,固态电池有望成为下一代高性能锂电池。目前中国大部分的汽车厂商和新能源厂商也在参与固态电池的研发。   固态电池的不同技术路径   2019年12月,工信部发布《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》(征求意见稿),在“实施电池技术突破行动”中,加快固态动力电池技术研发及产业化被列为“新能源汽车核心技术攻关工程”。这意味着固态电池有望上升至国家战略层面。   固态电池是以固体材料来代替现有锂离子电池中使用的液体成分,固态电解质的厚度仅3~4微米,非常轻薄,不仅减小了体积,也降低了重量。   固态电池的技术发展采用逐步颠覆策略,液态电解质含量逐步下降,全固态电池是最终形态。依据电解质分类,锂电池可分为液态、半固态、准固态和全固态四大类,其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。   不过,固态电池的技术路线目前仍有很大分歧。   固体电解质可大致分为三类:无机电解质、固态聚合物电解质、复合电解质。目前业内比较看好的材料包括固态聚合物、硫化物、氧化物、薄膜等。   光大证券认为,聚合物固态电解质将率先实现应用,但存在高成本和低电导率两个致命问题。   目前主流的聚合物固态电解质是聚环氧乙烷(PEO)电解质及其衍生材料。相比之下,氧化物固态电解质综合性能好,进展最快。硫化物固态电解质电导率最高,研究难度最大,开发潜力最大,但如何保持高稳定性是一大难题。高能聚合物体系仍处于实验室研究阶段,LiPON薄膜型全固态电池已小批量生产,非薄膜型已尝试打开消费电子市场。   近年来多家中国企业建立氧化物固态电池生产线。   苏州清陶新能源在江苏昆山建成投产的固态锂电池生产线,单体能量密度达400Wh/kg以上,拟于2020年进入动力电池应用领域。   辉能科技与南都电源合作建立的国内首条1GWh规模的固态电池生产线也将于2020年建成,公司今年4月刚完成D轮融资,用于加速固态电池商业化落地和工厂建设,辉能在氧化物固态电池方面取得了一定的成果。   日韩和欧洲企业则投入了大量资金进行硫化物固态电解质的研究。   2020年日本丰田计划推出搭载硫化物固态电池的新能源汽车,计划于2022年实现量产。十几年前丰田已开展固态电池研发工作,不仅获得了固态电解质材料、固态电池的制造技术等方面的专利,还研发了一整套的正极材料和硫化物固态电解质材料回收的技术路线和回收工序。三星和宝马也都在研发硫化物固态电池的技术。中国的宁德时代(300750.SZ)也在这一方向上发力。   全固态电池商业化还要5~10年   今年3月初,三星高等研究院(SAIT)与三星日本研究中心(SRJ)在《自然-能源》介绍了其在固态电池领域的最新进展,称已经开发出一种高性能全固态电池。这种电池的循环寿命超过1000次,可以让电动汽车在单次充电的情况下行驶800公里。   丰田也在联手松下开发固态电池领域技术;宝马于2017年开始牵手Soild Power开发固态电池,福特和三星也于去年投资了Solid Power;大众也表示将在欧洲建厂生产固态电池,有望在2024~2025年间实现量产。   另一家瞄准动力电池市场的是戴森。戴森创始人詹姆斯·戴森表示,向其他车企出售固态电池是一个进入汽车行业的选项。   光大证券称,固态电池领域已经进入“军备竞赛”阶段,各企业期望抢占先机以赢得市场份额。固态电池领域市场参与者众多,车企、电池企业、投资机构、科研机构等在资本、技术、人才三方面进行博弈。随着越来越多的企业加入,固态电池产业化进程不断加速,按照目前的发展情况,2021~2025年固态电池将实现初步应用。   不过全固态电池的商业化还需要很长时间。去年底,宁德时代一位电池开发负责人曾表示,全固态电池实现商品化要到2030年以后。   光大证券研报显示,固态电池的工艺路线尚不成熟,降本仍需过程,全面产业化预计需要5~10年。例如三星的固态电池虽然能够达到长续航,但生产环境要求苛刻,银碳层大规模生产所需的贵金属纳米银成本较高,短期产业化并不现实。   国内固态电池产业化进程正在不断加速。   国轩高科2019年推出了半固态电池的试生产线;赣锋锂业年产亿瓦时级第一代固态锂电池研发中试生产线已建成试产,不久将正式投产;比亚迪也曾表示正在积极推进固态电池项目商用;宁德时代的全固态电池还在开发中,预计2030年后实现商品化。   此外,天齐锂业2018年开始布局固态电池,其参股公司美国Solid Energy主要开发和生产具有超高能量密度、超薄锂金属电池,开发电解液和负极材料。2018年宣布与中国科学院等机构进行固态电池技术合作,目前尚处于实验试制阶段。鹏辉能源固态电池处于研发阶段,计划在未来2~3年内推出固态电池产品。   近两年内固态电池生产线迎来一轮不小的投产潮,清陶、卫蓝新能源、辉能科技等企业将建固态电池生产线,虽然目前各企业均未公布固态电池成本,但此前已有预测,固态电池成本将远高于锂离子电池,未来固态电池若想实现产业化,降本则成必然。   光大证券认为,固态电池的生产可组合传统锂离子电池产业链。与传统锂离子电池相比,固态电池电芯制备不存在革命性创新,只是电极和电解质制造环境要求更高,需要在惰性气体保护下或在干燥间内进行,这与制造超级电容器、锂离子电容器等空气敏感储能器件的生产环境相似。
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    • 来源专题:能源情报网监测服务平台
    • 编译者:郭楷模
    • 发布时间:2024-08-12
    • 固态电解质体系包括硫化物、卤化物、氧化物、聚合物等,每一种体系各有优势。目前要在全固态锂电池中得到应用的话,还没有一种材料能够满足所有性能的要求。全球各国企业分别采用什么技术路线呢? 日本 丰田汽车公司,技术路线:硫化物   丰田汽车在硫化物全固态电池技术上的专利数量已超过1000件,位居全球第一。尽管丰田在新技术推进上较为谨慎,但公司已经宣布了在2027或2028年实现全固态电池技术的商业化,向市场投放配备该技术的纯电动汽车。丰田的这一目标显示了其在电动化转型上的决心,尽管面临量产难度、电池配方、制造工艺和生产成本等诸多挑战。   本田技研工业股份有限公司,技术路线:硫化物   根据目前的信息,本田技研工业股份有限公司也在探索固态电池技术,并且硫化物固态电解质是其中的一个关注点。   三菱化学集团/日产汽车公司联盟,技术路线:硫化物   三菱化学集团和日产汽车公司在固态电池技术路线上选择了硫化物作为研究方向。日产汽车公司已经公布了叠层软包全固态电池(ASSB)电芯的试点生产设施,并计划于2028年正式投产。该公司计划通过不断的创新,将电池成本降至每千瓦时65美元,以实现电动车型和燃油车型的成本平价。此外,日产汽车正在与美国宇航局(NASA)合作开发新型全固态电池,目标是2028年实现产品发布和试点工厂采用的电池。   松下电器公司,技术路线:卤化物   2018年,松下报道的氯化物电解质因其高离子电导率和与高电压正极材料相兼容的特点而受到关注。最近,松下公司Yoshiaki Tanaka团队又报道了一种全新的具有高离子电导率的混合阴离子固态电解质LiNbOCl4以及LiTaOCl4,这些氧卤化物继承了卤化物的氧化稳定性和形变性,并且在室温下具有超过或相当于锂离子电池中使用的有机液态电解质的离子电导率。   富士电气化学有限公司,技术路线:氧化物   富士电气化学有限公司在固态电池技术路线上选择了氧化物作为其主要研究方向。   小原股份有限公司,技术路线:氧化物   小原股份有限公司在固态电池技术路线上选择了氧化物作为研究方向。   日立造船公司,技术路线:硫化物   日立造船已开发出全固态电池“AS-LiB”,这款电池采用硫化物固态电解质,其产品容量涵盖从55mAh到5000mAh不同规格,能在极端温度下稳定工作,且已通过针刺实验,证明其安全性。日立造船的“AS-LiB”电池已于2019财年实现批量生产,并已经应用在航空航天领域,其产品在2019年实现了在太空中的首次充放电。此外,在2024年2月,日立造船还从芯片设备商接获了首个全固态电池订单。   三洋化成工业股份有限公司,技术路线:聚合物   三洋化成工业股份有限公司在固态电池技术路线上选择了聚合物作为其主要研究方向。   日本出光兴产股份有限公司,技术路线:硫化物   出光兴产在硫化物固态电解质方面的专利数量居世界前列,并且已经小规模生产固态电解质,预计在2027年正式量产。出光兴产正在通过改善工业和规模经济来降低硫化锂等原材料的价格,从而降低固态电解质的成本。此外,出光兴产还与优美科合作,共同开发用于固态电池的高性能正极材料,结合双方在正极活性材料和固态电解质方面的专业知识,以期为电动汽车发展提供技术突破。 德国   宝马集团,技术路线:硫化物   宝马集团在全固态电池技术路线上选择了与美国初创公司Solid Power合作,共同研发基于硫化物的全固态电池。宝马集团计划在2025年之前推出第一辆基于Solid Power电池技术的原型车,并在2030年之前实现全固态电池的量产。为了实现这一目标,宝马已经获得了Solid Power的技术许可,并在其位于慕尼黑附近帕斯多夫的电池制造能力中心建立一条全固态电池的原型生产线。   大众集团,技术路线:氧化物   大众集团投资的QuantumScape公司专注于氧化物固态电解质的研发,QuantumScape的固态电池A样品在实验室测试中表现出色,经过1000多次的充电循环后,电池容量保持率仍高达95%以上,且在电池的全生命周期内,电动汽车可行驶超过50万公里而无明显续航能力衰退。 韩国   LG新能源公司,技术路线:聚合物/硫化物   根据LG新能源的副总裁孙权男在2023世界动力电池大会上的演讲,公司正持续投入研发基于液态电解质的锂硫电池和锂金属电池,并开发高度稳定的不含液态电解质的全固态电池,以克服当前锂离子电池的安全性难题。此外,LG新能源亚洲区营销总经理朴镇庸在中国汽车论坛上透露,公司正在开发的新一代电池中包括具有更优安全性能的聚合物和硫化物的全固态电池,并计划于2026年实现量产,有望应用于电动汽车和飞机领域。   现代汽车集团,技术路线:聚合物/硫化物   现代汽车较早开始研发固态电池技术,并在2017年宣布了这一计划。此外,现代汽车还曾投资美国Ionic Materials公司,这是一家在聚合物固态电池技术领域起步较早的企业。现代汽车计划在2025年左右实现配备固态电池的电动车试生产,并在2030年前后实现全面批量生产。   SK On公司,技术路线:硫化物/氧化物   SK On公司成功研发了具有全球高锂离子电导率的氧化物固态电解质,通过调整LLZO(由锂、镧、锆、氧构成)的添加剂,新材料的锂离子电导率提升了70%。此外,SK On也在开发聚合物-氧化物复合材料和硫化物基电池两种类型的全固态电池,目标是在2025年和2026年分别生产试验原型,并在2028年和2029年实现商业化。   三星SDI公司,技术路线:聚合物/硫化物   三星SDI的全固态电池(ASB)技术结合了NCA高镍技术、高性能硫化物固态电解质等技术,目标是实现优异的性能表现。公司计划在2027年实现全固态电池的量产,这种电池的能量密度高达900Wh/L,比现有产品提高了40%,并且具有快速充电的能力,9分钟即可从8%充至80%电量。三星SDI的全固态电池研发以硫化物为电解质,目前已获得相关专利并进入技术验证阶段。公司已经建立了全固态电池试产线。此外,三星SDI也在开发基于聚合物电解质的固态电池,通过与德克萨斯大学研究团队的合作,成功开发了一种新型聚合物电解质——“SIPE(单离子导电聚合物电解质)”,该电解质在室温下的离子电导率提高了约十倍。 法国   博洛雷集团,技术路线:聚合物   作为聚合物固态电池领域的先驱,博洛雷集团在2011年就推出了搭载该技术的产品。其电动汽车Bluecar和电动巴士Bluebus使用的是BatScap生产的30kWh金属锂聚合物固态电池,该电池的能量密度为100瓦时/千克,工作温度在60至80摄氏度之间。 英国   Ilika公司,技术路线:氧化物   在技术路线选择上,Ilika公司认为氧化物固态电池在化学稳定性方面具有优势,Ilika公司通过将电解质做得非常薄来弥补氧化物电导率较低的缺点,并采用丝网印刷技术来生产全固态电池。Ilika公司的全固态电池正极材料采用与三元相同的材料,能量密度可达到300Wh/kg至350Wh/kg,并计划通过采用811正极材料进一步提高能量密度,目标是达到480Wh/kg,并最终在2025年达到550Wh/kg。负极材料方面,Ilika公司不使用锂,而是采用硅碳组合,以避免锂的高活性带来的问题。 美国   Quantum Scape公司,技术路线:氧化物   Quantum Scape公司在固态电池领域的技术路线主要采用的是氧化物固态电解质,尤其是LLZO(锂镧锆氧)石榴石型氧化物作为其固态电解质的主要成分。Quantum Scape的固态电池技术还包括使用无锂负极设计,即取消负极活性材料,采用铜箔集流体作为负极,以及一种陶瓷(氧化物)与正极有机凝胶电解质的结合作为隔膜材料。这种设计使得电池的能量密度可达380-500Wh/kg,且能在45°C下15分钟内充至80%的电量。   Ionic Materials公司,技术路线:聚合物   Ionic Materials公司采用的固态电池技术基于其获得专利的固体聚合物材料,这种材料使得固态电池具有一系列显著的优点,包括固有的安全性、经济性、高能量密度以及在室温下的使用能力。此外,Ionic Materials的聚合物电解质已被证实与多种化学品兼容,理论上这些化学品比当前最先进电池中使用的活性材料具有更高的性能极限。   Solid Power公司,技术路线:硫化物   Solid Power公司选择的技术路线是基于硫化物的全固态电池(ASSB)。公司已经成功开发出了第一代全固态电池,其能量密度达到了320Wh/kg,并计划在未来几年内实现商业化生产和应用。2022年,Solid Power完成了20安时(Ah)的全固态电池的生产,并计划试生产100安时的大容量固态电池产品。此外,Solid Power还向宝马汽车交付了首批固态电池A样品。   Factorial Energy公司,技术路线:聚合物   Factorial Energy公司是一家专注于聚合物固态电池技术的初创企业。该公司的固态电池技术使用了一种专有的固体电解质材料,称为“Factorial电解质系统技术”(FEST),这种技术能够提高电池的安全性和能量密度。Factorial Energy的固态电池技术具有显著的优势,比如能够在不牺牲电池组寿命的情况下提高20-50%的续航里程。此外,该公司的电池在容量低于80%之前可以进行多达460次充放电循环。