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全球先進(jìn)國(guó)家對(duì)零炭排車(chē)的追逐日趨火熱,新能源車(chē)規(guī)格的需求已日漸明朗,但現(xiàn)今鋰電池技術(shù)發(fā)展遲滯對(duì)續(xù)航里程及安全性的鉗制使得新能源車(chē)的升級(jí)緩步不前,眼見(jiàn)國(guó)標(biāo)(比能量300Wh/kg@2020)大限將至,液態(tài)鋰電比能量受限于先天安全性問(wèn)題(260Wh/kg已證實(shí)無(wú)法控制安全性)而無(wú)力再攀升,更別提2025年的350Wh/kg。長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)眼見(jiàn)難成,近期又一次次發(fā)生新能源車(chē)觸目驚心的電池起火意外,逼得寶馬、豐田等國(guó)際車(chē)廠各個(gè)猛虎出閘,不論投資、合資或共同開(kāi)發(fā),只為搶先一步與電池技術(shù)的下一塊樂(lè)土“固態(tài)電池”進(jìn)行戰(zhàn)略上的捆綁。
然而,各業(yè)界翹楚在固態(tài)電池的投入已有約20年歷史,卻依舊處于混沌未明的狀態(tài),電池廠各踞山頭信仰不同的電解質(zhì)體系,未出現(xiàn)技術(shù)流動(dòng)或融合的態(tài)勢(shì),其中有的成功量產(chǎn),有的不斷推遲研發(fā)路譜,豪擲了億萬(wàn)美元后黯然離場(chǎng)的更是時(shí)有所聞,天堂地獄般的落差導(dǎo)因于各電解質(zhì)體系間本質(zhì)路線(xiàn)的差異,在穩(wěn)定性、電性表現(xiàn)與量產(chǎn)上有著以現(xiàn)代科技水平不可逆的先天性?xún)?yōu)缺點(diǎn),我們依制程及化學(xué)系統(tǒng)將電解質(zhì)分為六大類(lèi):氧化物、硫化物、氰化物、鹵化物、薄膜、聚合物,列舉四大技術(shù)路線(xiàn)說(shuō)明其發(fā)展現(xiàn)況: 固態(tài)聚合物 拜液態(tài)聚合物發(fā)展已成熟之賜,固態(tài)聚合物電池的量產(chǎn)能力已與液態(tài)聚合物相去不遠(yuǎn),但存在著穩(wěn)定性不佳導(dǎo)致電性可靠度差,再加上常溫狀態(tài)下離子導(dǎo)電性不佳,電池性能因此大打折扣,甚至產(chǎn)生低于10-4 S/cm難以運(yùn)作的狀況。 早先法國(guó)Bolloré集團(tuán)采用BatScap電池投放于城市網(wǎng)約車(chē),卻必須持續(xù)性將電動(dòng)車(chē)電池加熱至60°C以上來(lái)維持電池內(nèi)部的導(dǎo)電能力。德國(guó)零組件巨頭Bosch博世集團(tuán)于2018年初也不得不宣告放棄對(duì)Seeo的投入;近期最受矚目的便屬固態(tài)聚合物電解質(zhì)制造商Ionic Materials,已獲得三星SDI、Dyson、萬(wàn)向等集團(tuán)的投資,或許近年能有樣品問(wèn)世。 氧化物薄膜 薄膜電池厚度可達(dá)微米等級(jí),曾被視為醫(yī)療及穿戴市場(chǎng)的最佳解決方案,但其類(lèi)似半導(dǎo)體濺鍍式生產(chǎn)工藝,設(shè)備費(fèi)用不貲,對(duì)環(huán)境要求極高、良率低,因此量產(chǎn)不易且成本十分高昂。 美國(guó)IPS于2008年即做出全固態(tài)薄膜電池,2014年被Apple收購(gòu),至今卻未有任何產(chǎn)品發(fā)表;另外Dyson戴森集團(tuán) 投入Sakti3則是2015年固態(tài)電池市場(chǎng)最紅火的消息,卻于2017年宣告放棄Sakti3的所有專(zhuān)利,轉(zhuǎn)向投資固態(tài)聚合物廠尋求快速切入市場(chǎng)。以此看來(lái),薄膜電池的量產(chǎn)商用化路程尚待觀察。 硫化物 導(dǎo)電能力雖佳,穩(wěn)定性不佳卻是最大的短板,連帶影響氧化及還原之穩(wěn)定性也偏低,制程工藝復(fù)雜,更與鋰電池制程相去甚遠(yuǎn),故硫化物體系投放資源極高。 Toyota、Samsung SDI及CATL紛紛投入此體系之開(kāi)發(fā),Toyota預(yù)計(jì)其研發(fā)的硫化物固態(tài)電池2022年可投入商用;韓國(guó)電池大廠SDI在硫化物技術(shù)路線(xiàn)上虛耗十幾年研究后,于今年初轉(zhuǎn)向固態(tài)聚合物路線(xiàn),硫化物之路究竟通不通,只能以時(shí)間來(lái)證明。 氧化物 氧化物的穩(wěn)定性最高,可在一般大氣環(huán)境下以相對(duì)低廉的工藝設(shè)備及廠務(wù)設(shè)施生產(chǎn)。 Sony, Ohara與輝能科技作為此技術(shù)路線(xiàn)之代表,其中又以輝能科技十年磨一劍的功力,率先克服氧化物其導(dǎo)電性較差,生產(chǎn)時(shí)氧化金屬堆棧后易脆,彎曲會(huì)破裂 等問(wèn)題,成功達(dá)到『12分鐘快充』與『可動(dòng)態(tài)彎曲』的固態(tài)電池商業(yè)化,并應(yīng)用于HTC、SoftBank等品牌產(chǎn)品中,目前已與中國(guó)、歐洲、日本之?dāng)?shù)家車(chē)廠共同布局固態(tài)動(dòng)力電池市場(chǎng)。 結(jié)論 目前各單位對(duì)固態(tài)電池的掌握度還不高,愿意分享的更少,因此電池廠對(duì)技術(shù)路線(xiàn)的選擇就像是一場(chǎng)無(wú)法回頭的探險(xiǎn),每條路上各有不同的障礙待克服,出發(fā)前只知道理論上的優(yōu)缺點(diǎn),但一路披荊斬棘后見(jiàn)到的會(huì)是死路、活路還是更顛簸的漫漫長(zhǎng)路卻無(wú)人能知。我們只能從業(yè)界動(dòng)向來(lái)推測(cè),目前步調(diào)最快的屬氧化物體系,其次為固態(tài)聚合物,近年內(nèi)應(yīng)能有成果問(wèn)世;硫化物與薄膜電池在商用化之路是否可行,至少還需觀察5年,而氧化物體系現(xiàn)已有輝能正式進(jìn)入商業(yè)化量產(chǎn)。
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