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固態電池時代來了,日本專家怎麼看?

原文:http://sh.auto.sina.com.cn/bdcs/2018-04-27/detail-ifztkpip2324688.shtml

隨著新能源車爭霸戰越演越烈,世界車廠一家家出聲宣示耕耘新能源車的決心,而固態電池作為最接近現實的創新儲能技術,技術研發競賽也進入白熱化,車廠自主研發、與電池廠合作研發或直接收購新創電池公司的消息時有耳聞,對於日趨緊張的態勢,日本專業科技信息網─日經技術在線做了一番整理。

  固態鋰電池的優勢在哪?

  固態電池的優勢主要衍生於其材料的穩定性,日經將固態電池優勢歸納為七點:

  一、提高安全性:完全去除電解液漏液、揮發或起火爆炸的危險

  二、快速充電:鋰電池共同發明人John Goodenough教授指出,液態鋰電池於過度快充時會產生'枝晶',引發電池短路而起火爆炸的危險。理論上固態鋰電池則可避免此危險發生。

  三、開啟能量密度提升的大門:基於本質上的安全性,固態電池可採用高能量密度材料(如鋰金屬/矽負極)

  四、自放電大幅降低

  五、電池設計自由度增加,可能實現多層化:除去電解液的固態電池猶如積木,可達成電池芯內部堆棧(串/並聯),直接提升電量或電壓,如輝能科技的BLCB、美國Polymer Innovations的Multilayer battery

  六、柔性化的前景:超薄型的固態電池能夠多次彎曲,適用穿戴或醫療用途,如南韓KAIST發表的超薄可彎電池及輝能科技的可彎鋰陶瓷電池。

  七、可於封裝基材上結合材料與零件:固態電池的封裝不受限制,例如輝能科技以軟性電路板作為封裝基材,發表了可直接結合鍵盤、天線等電子組件於電池封裝上的多功能電池,和天線電池,做出前所未有的設計創新。

  固態電池已經能取代液態電池了嗎?

  日經指出,其實業界對於固態電解質的研究已有20年以上歷史,但如何克服除去電解液後鋰離子的傳導問題一直是世界難題,約至2011年各界才相繼傳出突破的消息,不過最初固態電池內的鋰離子就像佝僂攜杖的老人家,仍因高界面阻抗而無法高速傳導,難以取代傳統液態鋰電池,因此如何提升導通性成為已研發出固態電池的電池廠研究的方向。

  目前,已有部分廠商找到提升導通性的方法:法國Bolloré集團透過將電動車電池加熱至60°C以上來維持固態電池內的導電能力,於英國少量投放城市租賃車;輝能Prologium則透過電芯內部獨家導通技術CeramionTM來降低內阻,其於2017發表的內阻值已低於目前市場主流的18650鋰離子電池並實現5C快充。導電性在現今固態電池的電性水平已足以完全取代液態鋰電池。

  市場現況為何?

  日經亦繪製了全球固態鋰電池技術分佈圖,圖中以圓圈大小示意公司規模、以箭頭指出公司間投資/合作研發的關係,首先可以看出固態電池生產者除了日韓松下、東芝及三星等超大型企業外多為小規模企業,如此規模落差主因固態電池難以量產,在生產技術上與一般液態電池完全不同,不論是生產工藝製程、或是生產線的周遭環境都需要大量的資本投入和嚴格參數控制,所以對後進的新創公司而言,要從實驗室走到量產線的路很長很遠很昂貴,因此以固態電池起家的廠商中除輝能Prologium已開始量產外,其餘廠家(主要位於北美)皆停留於樣品或實驗階段,尚未擴大公司規模。

  此外,歐美地區固態電池的擁戴者主要為電動車廠,以合資或收購方式與先進電池公司進行策略的捆綁,為固態電池的發展提供強大動能。依據車廠釋出的消息,我們可以期待2020年至2025年間即能見到商品化的固態電池電動車,如此一來,駕駛們能真正擺脫里程焦慮及電池危險性的日子不遠了。

  下表歸納圖中介紹之全球主要車用固態電池研發者的動向:

  ( 以上圖片轉載自日經技術在線)

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