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新能源汽车电池新一轮革命，固态电池有望2030年量产原创2023-11-14 21:31·第一财经“电池技术的创新周期大约是30年，这代锂离子电池在动力方面的应用在2000年左右，预计2030年会有一次全方位的革新。”日前，中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高在新能源科学与交通电动化国际论坛上表示，动力电池发展第一个十年主要解决的是安全问题，目前还在继续解决。从2010年开始的第二个十年，动力电池产业规模逐步庞大，智能化手段推动动力电池全产业链的技术革新。第三个十年是新材料换代，以固态电解质研发为核心的全固态电池正在研发中，预计2030年成熟。随着新能源车市场的快速发展，动力电池产业规模不断扩大。中国汽车动力电池产业创新联盟数据显示，今年前三季度，我国动力电池累计装车量为255.7GWh，累计同比增长32%。但与此同时，动力电池领域竞争激烈，产能结构性过剩问题一直存在，行业淘汰赛正在加剧。尤其是今年电池原材料价格波动下，动力电池公司普遍面临挑战。宁德时代首席科学家吴凯认为，材料研发将是动力电池下一阶段比拼的决胜局。从当前电池公司的布局来看，钠离子电池和固态电池为主要方向。在原材料价格上涨的阶段，钠离子电池一度被认为是帮助车企降本增效的手段。不过，和锂离子电池相比，钠离子电池能量密度相对更低，更适用于低速电动车、入门级电动车等对续航要求不高的产物。另一个方向则为固态电池，固态电池能量密度高、安全性好，能够拥有更优异的充放电性能。业界普遍认为，固态电池将是电动车动力电池未来的解决方案。但固态电池仍有着成本高、内阻大等缺点，制约了商业化落地。而半固态电池作为折中方案，成为现阶段不少车企和产业链公司的新选择。不过，在电池公司追求高性能的电池设计过程中，电池的安全性问题仍是需要考虑的首要因素。电池的安全问题，从科学的角度来讲是电池热失控，而电池的热失控是由各种诱因过充过放等导致电池内部温度上升，超过正常电化学反应过程，出现放热的副反应。“这种副反应会加速电池温度上升，当达到临界点每秒钟上升1000摄氏度，热失控发生。热失控发生后会在整个电池系统中蔓延，全部引燃就会形成着火等事故。”欧阳明高表示，建立相应的电池安全技术体系包括三个方面，一是主动安全，即通过发展智能电池产物来应对各种诱因；二是本质安全，通过提高电池材料的热稳定性来防止热失控的发生，这也推动了全固态电池的研发和换代；三是被动安全，通过防控设计、系统开发等应对热失控蔓延。相较于液态锂离子电池，全固态电池负极侧的反应起始温度延后，初期反应热下降，热失效的边界提升。但欧阳明高认为，全固态电池在极端情况下，并不是绝对安全的，也存在热稳定性问题。“通过对热失控的机理分析，有两条失效路径，一是气固反应（固体跟氧气反应），这条路径我们认为是有点危险的。另外一条路径是有某些硫化物固态电解质，但还有一些硫化物固态电解质的固固反应，固固反应的温度会比较高，都在300摄氏度以上，这个我们认为还是可以的。”现阶段，固态电池在技术指标上领先于三元锂电池。从当前产业布局来看，丰田、宝马、大众、现代等多家国际车企均在固态电池领域进行布局，并加大在固态电池领域的投资。不过，目前还未看到量产固态电池搭载在汽车上。早在2011年，丰田就表示将在2015年至2020年推出固态电池，其认为固态电池将完全弥补新能源汽车的续航里程难题，同时还能大力推动新能源汽车普及速度。然而，时至今日，固态电池依旧未能得以正式应用。吴凯表示，宁德时代正在努力做固态电池的研发，可能在2027～2030年量产。“现在还遇到一些问题，主要有两方面。一是锂枝晶问题，锂枝晶生长是一个大问题，一短路就导致失效。宁德时代开发了界面增强技术，让锂枝晶相对比较均匀，不容易形成枝晶；二是固溶性的问题，因为都是固态，颗粒材料分离，密度就变大。宁德时代也开发了双相导通网络技术，提升固态界面的稳定性。”吴凯表示。“下一步要产业化的是智能安全电池，就是把安全技术、智能技术全部结合起来进行产业化，应该在2025年。全固态电池估计在2027年～2030年之间达到规模产业化。”欧阳明高表示。
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