陆明博士介绍,其任职的英国Ilika公司于2008年与丰田合作,丰田是固态电池第一梯队企业。丰田早期在2007-2008年的时候,就已经着手全固态电池的研究,当时Ilika公司受丰田委托,开始研发全固态电池电解质。所以Ilika公司从2008年开始,做了丰田的项目已达5-6年的时间,是极早进入全固态电池研发领域的企业。
目前,国际巨头都在纷纷布局全固态电池技术,包括英国的迈克阿伦,还有戴森;德国的宝马、大众、奥迪、博世;美国的菲斯克;法国的博洛雷;日本的丰田、本田、东芝、日立;韩国的现代、三星等等。
陆明博士称,大家比较关心国内的情况,中国的固态电池研究也并不落后,且起步也较早,国内的产能非常大,特别是液态电池的产能非常大。Ilika公司与国内非常多车企都有接触,发现国内对固态电池方面跟得比较紧。
据了解,国内的两大巨头,宁德时代与比亚迪都有布局全固态电池,并且投入了非常大的人力与资金。国内市场上最早宣布量产全固态电池的是清陶,清陶宣布量产的产能是0.5GWh。
现在全固态电池主要的技术路线方面,市场公认的可大致分为三种,一种是聚合物,一种是硫化物,还一种是氧化物全固态电池。
每一种技术路线都有其优势与劣势。丰田选择是的硫化物路线,Ilika公司选择氧化物路线,法国公司博洛雷选择聚合物路线。
首先说一下丰田公司。丰田是最早进入全固态电池研究的公司。实际上可以把硫系与氧化物做一个比较:化学性能方面,氧化物固态电池的稳定性更高,硫系是比较差的。其它的指标如导电率、界面阻抗等方面,区别并不大。
加工成本方面,硫系加工成本比较高,氧化物方面成本较低。但是从集成方面看,硫系则更容易一些,氧化物则比较弱。
从聚合物看,与硫系及氧化物相比,不占优势。但是比如容易集成方面,还是有一些优势的。但聚合物固态电池的制造成本也是一个劣势。法国博洛雷的固态电池实际上已配套了2000多辆汽车,但是热管理方面无优势。聚合物固态电池要保证电池的温差,对电池的热管理要求高,造成的负担较重,要消耗较高的能量与成本,这增加了聚合物固态电池量产的难度。
市场认为硫系非常好,硫化物固态电池装机后各项指标及示范效果都不错。不过,丰田于2017、2018年的时候宣布三年后量产全固态电池,但实际上目前仍未量产。未量产的根本原因,或者说最大的问题,一种原因是硫系的化学稳定性比较差,导致产线需要额外增加非常多的保护措施,设计方面也需要想到更多防护办法,包括封装。
另一方面是电池做好之后,操作的流程中,这个电池在使用方面,是非常脆弱的。总的来说,硫系技术非常好,甚至在某一些程度上超过氧化物,但是硫系全固态电池的商业化,最大的障碍是成本。
Ilika公司也考虑到这一点,所以最终选择氧化物技术路线。氧化物也有技术难点,但是氧化物全固态电池的技术难点一旦突破了之后,它在商用、大规模量产方面,成本竞争力就非常强。
当然,现在还无法判断哪种技术路线最终能够胜出。但是通过Ilika公司的具体经验看,陆明博士认为,如果单纯从技术方面去讲,如果是做学术、发文章的话,这是一个方面,但是未来大规模商用、量产的考虑,可能技术占一部分,但不是全部。
氧化物是电导率比较低,Ilika公司通过将中间的电解质做得很薄,来弥补它的缺点。
据陆明博士介绍,Ilika公司生产的全固态电池采用的工艺,是印刷工艺。现在Ilika公司还在做一些测试,一旦材料和技术上有所突破的话,将来商业化的前景是非常好的。为什么呢?因为Ilika公司采用的是丝网印刷的技术,这个技术与传统的薄膜电池,际上它的工艺路线是大体相当的,它最吸引人的地方是,能够准确的通过丝网的模板印出不一样的形状的电池,另外的优势是丝网印刷非常容易上量。
当然,丝网印刷也存在一些技术难点,比如如何保证电芯的一致性、怎么来控制它的呼吸(即充电与放电时的膨胀与收缩)等,这些都是技术难点。但难点一旦解决的话,它的量产成本将呈现直线
Ilika全固态电池的正极材料,与三元相同,目前采用111,单位体积内的包含的能量可达到300Wh/Kg-350 Wh/Kg;今年三季度后将采用811,继续提高单位体积内的包含的能量,大概明年6月份可实现400 Wh/Kg;811验证之后,封装将运用新技术,目标是达到480 Wh/Kg;最终的目标是2025年达到550 Wh/Kg这样的要求。这个也是政策的要求。
陆明博士的补充:Ilika的最新动态方面,在三月前,即英国政府宣布居家令以后,Ilika当时举办了一个新股发行的活动,面向股东招股。当时在伦敦进行。原计划是募集800万英磅,但实际上超额认购,达到1500万英磅。这说明在疫情这么严重的情况下,很多经济活动都受一定的影响的情况下,Ilika仍获超额认购近一倍,这说明市场对全固态电池极其看好。
陆明博士:负极方面,可能很多固态电池用的是锂,但是我们不用锂,原因是锂太活跃了,我们采用的是硅碳组合。
陆明博士:粗略地介绍一下印刷技术。不知道大家对太阳能光伏解有多少。实际上光伏的技术脉络,最开始的时候是单晶硅,即单晶硅切片做成光伏板。但是单晶硅太贵,后来采用了多晶硅。多晶硅的转化效率可能不如单晶硅,但是成本要低一些。但人们依旧是觉得成本过高,所以采用了丝网印刷,也就是薄膜太阳能。虽然薄膜太阳能的光电转化效率要比前面两种低,但可以非常低成本地量产。这与我们做固态电池的技术路线相似。我们一开始做固态电池的时候,采用的是做到单晶硅片上,但显然,这并不适合应用于电动汽车。所以我们采用的是丝网印刷,直接印正极,印负极。
问:全固态电池的生产要用到哪些新材料?现有材料是造满足氧化物全固态电池的生产?
陆明博士是美国OSA的正式会员,在铌酸锂的制备研究等方面拥有多项美国专利、欧洲专利及PCT国际专利,在国际学术会议和期刊上发表了二十多篇论文,应邀在多个国际会议、研究机构等发表学术演讲,在准相位二次倍频晶体研究和制备等领域取得了突出的成果。
自2008年起,Ilika与丰田合作开发固态动力电池技术。ilika拥有固态电池核心知识产权。通过IP 授权的方式将其固态电池技术运用在包括新能源汽车和运输、电站、智能建筑、医疗等行业。
自2018年开始,公司全固态电池产业化项目(Goliath项目),是在现有成熟的固态电池基础上, 将全固态电池技术产业化,以满足《英国政府新能源汽车2025产业规划》对动力电池的要求。具有体积小,重量轻(是现有的50%),单位体积内的包含的能量高(现有的2-3倍),安全可靠,快充(10分钟),长寿命等特点(循环5000次以上),已有多家战略合作伙伴参与到该项目中。
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