中国科学院院士欧阳明高在世界动力电池大会上表示,“过去十年,中国动力电池已经实现成本大幅下降,竞争力大幅提升,在结构创新方面异军突起,比如宁德时代麒麟电池、比亚迪刀片电池等等。”
未来中国动力电池产业的发展趋势将是低碳化、高端化、智能化。近年来随着锂离子电池行业的飞速发展,预计 2025 年中国动力电池出货量将超过 1TWh,产值规模超过万亿元。而中国动力电池产业发展的最终目标是通过 100% 绿电,实现电池生产全生命周期的零碳排放。
“未来中国动力电池的创新,要从电池结构创新逐步发展到材料体系的创新,这一过程更加复杂、更需要时间积累,但这也是全球动力电池创新的制高点。”
针对动力电池产业的智能化,欧阳明高将其概括成智能设计、智能制造、智能控制三方面。“智能化在动力电池产业大有可为。最终,我们要研发制造出新一代智能电池,实现动力电池从材料选择、电池设计、制造、使用、回收的全链条智能化。”
从技术角度来看,固态电池将是最值得重视的技术。欧阳明高指出,目前日本、韩国、美国在电池技术领域取得了重要的进展,中国电池产业也要加大创新力度,通过全球协作解决全固态电池的关键材料问题、界面问题以及复合电极制备问题。
事实上,固态电池就是指采用固态电解质的锂离子电池,被认为是液态电池的下一代技术,目前已成为动力电池的重要发展方向。固态电池拥有更为稳定的电解质机械和化学特性,静态及循环寿命将得到极大提升;对温度不敏感,能在-50℃-200℃温度保持放电功率,可以极大程度缓解冬天电池容量衰减的问题;能量密度得到极大提升,预计能达到当前三元锂电池的 2-10 倍,预计 2025 年进入固态电池道路实测或量产应用阶段。
工作原理上,固态锂电池和传统的锂电池并无区别,两者最主要的区别在于固态电池电解质为固态,相当于锂离子迁移的场所转到了固态的电解质中。
按照电解质材料的选择,固态电池可以分为聚合物、氧化物、硫化物三种体系电解质;而按照正负极材料的不同,固态电池还可以分为固态锂离子电池、固态锂金属电池(以金属锂为负极)。
在产业链方面,固态电池产业链与液态锂电池大致相似,两者主要的区别在于中上游的负极材料和电解质不同,在正极方面几乎一致。
从当前情况来看,固态电池应用之路困难重重,主要存在这几大痛点:
1.供应链重塑:固态电池相比现有成熟的液态锂电池技术变更巨大,需重塑本就极其复杂的锂电池供应链,任重道远。
2.降低成本:固态电池采用的预锂化硅碳负极或远景金属锂负极、高镍正极、固态电解质等新科技材料生产成本远高于目前对应的材料,降本之路极其艰巨漫长。
3.快充效率不佳:固态电解质导电率仅为电解液十分之一,快充效率不佳,严重影响实际应用。
目前,尽管国内企业在固态电池方面不及日本、德国、美国等起步早。但越来越多的企业已经参与其中,参与主体包括赣锋锂业、宁德时代等电池企业;更有其他领域企业看好固体电池跨界投资,如以汽车零部件为主的万向集团、新能源汽车企业比亚迪等。随着产业链的逐步成熟以及技术端的持续突破,国内在固态电池领域有望逐步站上国际舞台,与海外企业同台竞技。