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[导读]锂离子 (Li-ion) 电池已成为许多应用的首选技术。锂离子电池供电系统的范围从手机、笔记本电脑和电动工具到电动汽车、电动卡车和公共汽车,甚至电动飞机。传统的锂离子电池包括正极、负极、隔膜和液体电解质。易燃液体电解液是造成锂离子电池安全问题的原因,例如电解液泄漏、火灾或爆炸。顾名思义,在固态电池中,易燃液体电解质被固态电解质取代,从而提高了安全性并增强了电池特性。固态电池的开发旨在打造具有更高能量密度、快速充电能力、更低成本和更高安全性的下一代电池。

锂离子 (Li-ion) 电池已成为许多应用的首选技术。锂离子电池供电系统的范围从手机、笔记本电脑和电动工具到电动汽车、电动卡车和公共汽车,甚至电动飞机。传统的锂离子电池包括正极、负极、隔膜和液体电解质。易燃液体电解液是造成锂离子电池安全问题的原因,例如电解液泄漏、火灾或爆炸。顾名思义,在固态电池中,易燃液体电解质被固态电解质取代,从而提高了安全性并增强了电池特性。固态电池的开发旨在打造具有更高能量密度、快速充电能力、更低成本和更高安全性的下一代电池。

固态电池在汽车、消费电子、工业、航空航天等多个行业有许多潜在应用。固态电池有两种截然不同的类别:能量容量非常小的固态电池,已经商用来自多家供应商,旨在应用于消费电子产品,而最大的推动力是用于电动和混合动力电动汽车 (EV/HEV) 的大能量容量(“散装”)固态电池。

电动汽车是固态电池发展的关键驱动力

内燃机 (ICE) 为汽车提供动力已有 100 多年的历史,但ICE 的时代即将结束。电动汽车将逐步取代内燃机汽车,并在未来几年成为汽车行业的主流。

然而,今天许多汽车用户仍然担心电动汽车的续航里程短、充电时间长、成本和安全性。为了增加行驶里程,一个简单的方法是增加电池容量。可以通过增加每个电池组(车辆中的大电池)的电池单元(基本单元)的数量来增加能量容量 - 在这种情况下,电池价格和重量都会增加,并且电池会占用大量空间车辆——或者通过增加电池能量密度,一个更合适的解决方案。固态电池方法可以提高电池能量密度,因此每辆车需要更少的电池。这也是众多电池生产商和汽车主机厂瞄准固态电池发展的原因之一。

尽管据称固态电池与传统锂离子电池相比具有多项优势,但它们的发展也面临着许多挑战,如离子电导率低、固体电解质润湿性差、工作温度高等。固态电池的最终选择- 电解质材料及相关设备和工艺仍在研究中。

安全和高性能的电池是对抗竞争对手的重要差异化因素。因此,尽管仍然存在技术和供应链挑战,许多电池和汽车制造商已经提出了大规模生产的目标路线图,以确保在固态电池市场中的领导地位。

例如,丰田计划从 2025 年开始量产固态电池。QuantumScape 和松下也计划在 2025-2026 年量产固态电池,三星 SDI 正致力于从 2027 年开始量产的固态电池。此外,大众、现代和宝马等许多电动汽车制造商都对固态电池初创公司进行了投资,并计划在未来几年推出使用固态电池的电动汽车。例如,大众汽车计划在 2025 年左右推出配备固态电池的电动汽车,并与初创公司QuantumScape建立合作伙伴关系。

基于技术里程碑的成就和不断增长的供应链合作,Yole Développement预计固态电池的商业化将在 2025 年左右开始。但是,小规模生产可能会更早发生。根据 Yole Développement 的数据,到 2027 年,大容量固态电池市场规模将约为 2.36 GWh,预计在此之后将加速增长。由于与传统锂离子电池相比,至少最初的成本较高,固态电池可能会首先在较低系列的高端电动乘用车中采用,或者作为“溢价”价格提供的电池选项。在乘用电动汽车中成功采用固态电池将加速从混合动力汽车向纯电动汽车的过渡。之后,固态电池将扩展到其他应用领域,例如航空航天。

将固态技术带入大规模生产是一项艰巨的任务,合作伙伴关系比以往任何时候都更重要,以便将所有必要的固态电池专有技术整合在一起:技术、设备、大批量/高产量生产和终端-系统。

电动汽车制造商将在这种合作伙伴关系中拥有独特的地位,因为他们可以提供超过 1 亿美元的资金,需要固态电池技术来与竞争对手区分开来,有大容量的电池需求(每辆车有很多电池,每年有很多车辆) ),并拥有成熟的销售和分销网络。

结论

固态电池被认为是下一代电池系统的终极电池技术。EV/HEV 制造商及其合作伙伴的密集开发工作将导致固态电池在 2025 年至 2030 年期间逐渐成为“优质”电池。经过进一步优化和规模化生产,固态电池将向其他应用领域扩展,但其高附加值仍将主要集中在电动汽车应用领域。


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