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行業(yè)看好,固態(tài)電池

關(guān)鍵詞:固態(tài)電池 反應(yīng)量熱 鋰離子 續(xù)航里程 新能源汽車 綠綿科技 材料科學(xué)
時間:2024-04-12 13:28:11

1】鋰離子電池及液態(tài)/固態(tài)電池歷程

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1985年鋰離子電池問世以來,大幅推進(jìn)了可移動電子設(shè)備的規(guī)?;瘧?yīng)用,不斷推動著社會朝著智能化和清潔化方向發(fā)展。從1991年索尼公司將含有液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池帶入電子設(shè)備的應(yīng)用至今,液態(tài)鋰電池已經(jīng)成為目前最為成熟、使用最廣泛的技術(shù)路線之一。

2010年,豐田就曾推出過續(xù)航里程可超過1000KM的固態(tài)電池。而包括QuantumScape以及Sakti3所做的努力也都是在試圖用固態(tài)電池來取代傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池。

傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池又被科學(xué)家們形象地稱為“搖椅式電池”,搖椅的兩端為電池的正負(fù)兩極,中間為電解質(zhì)(液態(tài))。而鋰離子就像優(yōu)秀的運(yùn)動員,在搖椅的兩端來回奔跑,在鋰離子從正極到負(fù)極再到正極的運(yùn)動過程中,電池的充放電過程便完成了。

鋰離子電池本身也一直在往體積小、質(zhì)量輕、安全性高、能量密度高和循環(huán)壽命長等更優(yōu)的方向進(jìn)化,對正負(fù)極、電解質(zhì)等材料體系和電池本身的形狀進(jìn)行迭代。

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但是當(dāng)前的液態(tài)鋰離子電池體系,逐步發(fā)展到了本身材料體系所能達(dá)到的瓶頸:1)能量密度難以突破350Wh/kg的極限;有機(jī)物液態(tài)電解質(zhì)帶來的安全性問題。電池服役過程中電解液的揮發(fā)、干涸、泄露等現(xiàn)象,影響電池壽命。液體電解質(zhì)成為了鋰離子電池進(jìn)一步發(fā)展最大的制約因素。

采用固態(tài)電解質(zhì)代替液體電解質(zhì),有望使用更高比容量的正、負(fù)極材料,同時可徹底解決電池的安全性問題,是獲得高能量密度、安全性和長循環(huán)壽命的全固態(tài)鋰電池的根本途徑。因此固態(tài)電池將會是鋰離子電池升級的方向。

2021年1月9日,蔚來汽車發(fā)布全新150kWh固態(tài)電池包,搭載這項技術(shù)的蔚來電動車預(yù)計于2022年第四季度交付,續(xù)航里程有望超過1000公里。

2】固體電解質(zhì)三大特點(diǎn)

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全固態(tài)電池相比于液態(tài)電池,采用固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電解質(zhì),是實現(xiàn)固態(tài)鋰電池高能量密度、高循環(huán)穩(wěn)定性和高安全性能的關(guān)鍵。作為固態(tài)電池的核心組件,固態(tài)電解質(zhì)主要由氧化物、硫化物、聚合物三大類。其中氧化物目前進(jìn)展較快,硫化物未來潛力最大,聚合物性能上限較低。

氧化物:優(yōu)點(diǎn):離子電導(dǎo)率居中、有最好的電化學(xué)、力學(xué)及熱穩(wěn)定性、可適配高電壓正極材料、可適配金屬鋰負(fù)極等。缺點(diǎn):易碎、長期運(yùn)行中可能會形成裂紋等。

硫化物:優(yōu)點(diǎn):離子電導(dǎo)率最高、晶界電阻小、延展性較好等。缺點(diǎn):電化學(xué)窗口較窄、會與鋰金屬發(fā)生反應(yīng)、易與潮濕空氣發(fā)生反應(yīng)等。

聚合物:安全性好、具備良好的柔韌性和界面接觸性、易成膜等。缺點(diǎn):室溫下離子電導(dǎo)率低。

3】液態(tài)電池的致命缺點(diǎn)

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固態(tài)電池優(yōu)勢:高安全性、高能量密度、高循環(huán)次數(shù)、溫度適應(yīng)性好、電池模組設(shè)計簡化。

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(低溫不是事了!從南走到北)

固態(tài)電解質(zhì)電池則不存在電解質(zhì)低溫凝固問題,同時高溫狀態(tài)受影響小、安全性高,因而具有更大工作溫度范圍,可達(dá)40°C~150°C,顯著優(yōu)于液態(tài)電池。

4】當(dāng)前難點(diǎn)

§ 界面接觸問題

§ 電極體積膨脹

§ 穩(wěn)定性低

固態(tài)電池在充電/放電循環(huán)過程中電極體積會發(fā)生巨大變化,因此容易開裂。而液態(tài)電解質(zhì)由于具有流動性,它們可以適應(yīng)電極結(jié)構(gòu)的微小體積變化,并緩解由此產(chǎn)生的應(yīng)力,從而使液態(tài)電解質(zhì)電池對體積變化相對不敏感。

5】固態(tài)電池的發(fā)展與材料發(fā)展密不可分

材料市場空間:正負(fù)極/電解質(zhì)材料未來材料體系正極材料負(fù)極材料正極材料除了現(xiàn)有成熟的磷酸鐵鋰和三元材料,可選富鋰錳基材料;而負(fù)極材料方面,除現(xiàn)有體系廣泛應(yīng)用的石墨負(fù)極,會逐步轉(zhuǎn)向硅基負(fù)極材料,未來鋰金屬憑借其極高的能量密度或?qū)⒋蠓女惒省?/span>

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碳硅負(fù)極未來已來:寧德時代麒麟電池23年4月量產(chǎn)首發(fā)極氪009其5C版本9月初官宣搭載理想MEGA;海外,“負(fù)極摻硅”的產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)同樣進(jìn)展迅速:特斯拉全力推進(jìn)應(yīng)用硅基負(fù)極的4680電池,奔馳、寶馬、保時捷、沃爾沃等車企也在積極推進(jìn)“負(fù)極摻硅”電池裝車。

6】誰在賽道上

固態(tài)鋰電池體系有著顯著優(yōu)于當(dāng)前液態(tài)鋰電池的安全性、能量密度等性能優(yōu)勢。但當(dāng)前還面臨著許多的科學(xué)技術(shù)挑戰(zhàn),還需要從材料/界面/電極等層面取得技術(shù)突破。待這些難點(diǎn)逐一突破后,固態(tài)電池行業(yè)有望得到快速發(fā)展,使電池企業(yè)、正負(fù)極材料企業(yè)、固態(tài)電解質(zhì)企業(yè)等上下游產(chǎn)業(yè)鏈共同受益。

a. 率先布局(半)固態(tài)電池產(chǎn)能的企業(yè),如寧德時代、比亞迪、贛鋒鋰業(yè)、億緯鋰能等。

b. 正極材料領(lǐng)域,生產(chǎn)高鎳三元、富錳鋰基等企業(yè),如中偉股份、華友鈷業(yè)、容百科技等。

c. 負(fù)極材料領(lǐng)域,生產(chǎn)硅碳、金屬鋰負(fù)極等企業(yè),如贛鋒鋰業(yè)、貝特瑞、杉杉股份等。

d. 固態(tài)電解質(zhì)領(lǐng)域,如杉杉股份、東方鋯業(yè)等。

 

7】未來不可預(yù)

若當(dāng)前能源技術(shù)出現(xiàn)革命性突破,如核電、氫能等,或?qū)е聦︿囯姵匦枨鬁p少。

核能制氫技術(shù)就是將核反應(yīng)堆與采用先進(jìn)制氫工藝的制氫廠耦合,進(jìn)行氫的大規(guī)模生產(chǎn)。




H.E.L致力于工藝篩選優(yōu)化、反應(yīng)量熱和絕熱加速量熱

在反應(yīng)過程安全和反應(yīng)放大中的解決方案

 

過程安全與反應(yīng)風(fēng)險|電池絕熱量熱儀

化學(xué)合成與高壓催化生物反應(yīng)器系統(tǒng)

關(guān)于HEL

H.E.L——Hazard Evaluation Laboratories 成立于1987年,總部設(shè)在倫敦,在中國、美國、德國、意大利、印度擁有分公司。全資的赫伊爾商貿(mào)(北京)有限公司于 2020年在北京設(shè)立。

目前,H.E.L仍然是全球首屈一指的過程工藝及安全專業(yè)咨詢機(jī)構(gòu),同時已經(jīng)發(fā)展成為一家致力于為客戶提供專業(yè)的化學(xué)反應(yīng)過程篩選、工藝開發(fā)、過程優(yōu)化以及反應(yīng)危害評估設(shè)備的國際集團(tuán)企業(yè)。

關(guān)于綠綿科技

2001年成立的北京綠綿科技有限公司(簡稱:綠綿科技)以體現(xiàn)客戶服務(wù)價值為宗旨,以專業(yè)精神和技能為廣大實驗室分析工作者提供樣品前處理、樣品制備及分析、實驗數(shù)據(jù)精確分析和管理的全面解決方案,致力于協(xié)助客戶提高分析檢測的效率和水平。主要代理產(chǎn)品GC/MS/MS,LC/MS/MS新機(jī)租賃業(yè)務(wù)/LUMTECH  循環(huán)制備液相/靜音型雙頻超聲清洗/ Knauer 研發(fā),中試和生產(chǎn)脂質(zhì)納米顆粒(LNP)碰撞噴射混合器系統(tǒng)/冰點(diǎn)滲透壓儀、液相/超高壓液相色譜儀、在線SPE液相色譜儀/法國F-DGSi氮?dú)猓呒儦錃鈿怏w發(fā)生器,液氮發(fā)生器 / Cytiva 生命科學(xué)設(shè)備/ LabOS 實驗室運(yùn)營系統(tǒng)/ MassWorks 準(zhǔn)確質(zhì)量數(shù)測定及分子式識別系統(tǒng)/ MsMetrix 氣質(zhì)香精香料分析軟件/Sin-QuEChERS農(nóng)殘凈化柱/制藥企業(yè)質(zhì)量回顧性報告系統(tǒng)(QRS)/英國赫伊爾生物反應(yīng)器,電池絕熱量熱、催化劑合成。聯(lián)系電話:010-82676061/2/3/4/5/6/7傳真:010-82676068 E-mail:[email protected]。

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來自分析照亮生活公眾號

關(guān)于綠綿科技
北京綠綿科技有限公司(簡稱:綠綿科技)以體現(xiàn)客戶服務(wù)價值為宗旨,以專業(yè)精神和技能為廣大實驗室分析工作者提供樣品前處理、樣品制備及分析、實驗數(shù)據(jù)精確分析和管理的全面解決方案,致力于協(xié)助客戶提高分析檢測的效率和水平。主要代理產(chǎn)品聯(lián)系電話:010-82676061/2/3/4/5/6/7/8 E-mail:[email protected]