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市场研究机构SNE:站上风口的固态电池 没那么容易飞起来

2022-06-10 发布于 塞纳网
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在今年的SNE(韩国市场研究机构)下一代电池研讨会上,全固态电池的产业化成为与会者讨论的热门话题。SNE发表文章指出,如果仔细研究产业现状,不难发现,全固态电池产业化还有诸多难题待解,能否在2030年前实现量产,还要打上一个大大的问号。

SNE首先从技术上讨论了固态电池面临的诸多技术难题,尤其是固态电解质带来的问题。固态电解质的选择目前主要有三个方向,分别是硫化物基、氧化物基和聚合物基电解质。但每一个方向目前都存在技术瓶颈,解决这些技术问题是大规模应用的前提。

硫化物基电解质电导率相对较高,但化学稳定性很差,并且容易在潮湿环境下产生有毒气体硫化氢。

氧化物基电解质的空气稳定性相对较高,但加工性差,需通过高温烧结陶瓷工艺生产,较难实现,为大规模生产增加了难度,特别是超薄固体电解质片的形式。

相较于硫化物基和氧化物基电解质,聚合物基电解质的制造工艺简单很多。但这类材料在室温下只能提供10-7S/cm电导率,远远低于液态电解质10-3S/cm的常规电导率水平。此外,聚合物基电解质的耐高压性差(只适配磷酸铁锂正极),大大限制了应用聚合物基电解质的电池能量密度。

SNE分析,其次,高昂的成本依然是全固态电池产业化路上的又一阻碍。全固态电池的高成本主要由两大因素造成:1)原材料成本高。例如,锂硫化合物的价格是碳酸锂的5到10倍;2)全固态电池的生产对原材料纯度和合成环境要求极高,从而造成制造成本高昂。目前,全固态电池的成本预计至少是锂离子电池的两倍。氧化物基和硫化物基电解质都是易碎的陶瓷材料,对大尺寸电解质薄膜的量产提出了挑战。因此,全固态电池量产初期或只能在个别不计成本的使用场景进行小规模应用,大规模量产仍需更多时间和努力。

眼看全固态电池量产还要等上好几年,各路资本开始密集押注半固态电池,宣称半固态电池作为全固态电池的过渡形式,拥有与全固态电池一样的性能。SNE一针见血地指出,事实上,半固态电解质并不能提高电池的安全性。对于大部分半固态电池或混合固态电池而言,固态电解质只是简单的涂抹在隔膜或电极的表面,而电池仍然包含并且依赖液态电解质进行锂离子传输。这意味着,半固态电池依然无法避免由液态电解质引起的漏液、热失控等安全风险。

长期以来,高能量密度一直被认为是全固态电池的另一个显著优势。然而,SNE指出,提高全固态电池能量密度的关键在于负极材料,而不是固态电解质。具体而言,就是用锂金属负极代替石墨负极。事实上,固体电解质还可能会对电池的能量密度产生负面影响,因为它的厚度是比液体电解质的数倍,而且密度也高于液态电解质。锂金属负极的应用将显着提高电池的能量密度,但这并不需要依赖固态电解质来实现。

SNE表示,固态电解质只能解决安全问题,然而,随着安全技术的不断进步,材料化学和电池结构的不断创新,目前液态电解质的安全性已得到很大提升,锂金属电池即使采用液态电解质也可以实现电池性能的全面提升,实现同时具备超高能量密度和安全性。最重要的是,应用液态电解质的锂金属电池是基于现有产业链开发的,其量产已具备坚实的产业基础。

SNE总结道,与其炒作全固态电池的产业化,不如关注即将到来的锂金属电池,以更高的能量密度性能推动电动化进程。

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