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谁将赢得EV固态电池的竞争?

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谁将赢得EV固态电池的竞争?

发布日期:2019-07-15 作者: 点击:

谁将赢得EV固态电池的竞争?

随着锂离子电池技术充分发挥其潜力,使用固体电极和固体电解质的固态电池可能成为替代品。

为电动汽车寻找具有成本效益和效率的固态电池可能相当于在希腊神话中找到金羊毛。据传说,任何拥有金羊毛的人都会被认为是真正的统治者。根据现有技术,任何能够开发出具有成本效益且高效的固态电池的人都将统治EV世界。

开发一种实用的固态电池引起了汽车公司的极大兴趣(该图显示了奥迪e-tron潜在的固态电池实施)。例如,大众汽车最近增加了其在固态电池开发商QuantumScape的股份。

大众汽车公司的Axel Heinrich博士指出,“我们希望加速QuantumScape固态电池的商业化。我们将力量结合起来,充分利用大众汽车作为生产专家和昆腾技术领导者的经验。因此,大众汽车未来将朝着为客户提供可持续的零排放机动性迈出新的一步。“大众汽车对美国QuantumScape的投资将成为其最大的汽车股东

2012年以来,大众汽车集团研究部门已经与斯坦福大学分拆的QuantumScape密切合作。 QuantumScape成立于2010年,总部位于加利福尼亚州圣何塞,拥有约200项固态电池技术专利和专利申请。其专业知识使该公司成为这种储能形式的先驱。

QuantumScape和大众汽车将在新成立的合资企业内合作,目标是实现工业级固态电池的生产。其中一个长期目标是到2025年建立固态电池生产线。

神秘电池

遗憾的是,还没有描述用于EV用途的固态电池的特性,因为没有人生产出适合电动车辆的尺寸和成本的电池。

“这正是问题所在,”YoleDéveloppementYole)电力与无线部门电力电子与电池高级分析师Milan Rosina博士说。 “我们可以在材料和制造水平上描述不同的方法,但我们需要更多的数据来自整个电池组的测试以及电池组的设计和组件(包括热管理,BMS等)。

“然而,不同技术砖的开发不能完全并行完成。这意味着,我们首先必须开发电池堆(固定电解质和电极材料的选择)和制造方法,然后我们可以通过优化电池组设计和组件来进一步发展。简而言之,我们可以描述的是不同的方法,而不是单一的“获胜”方法。根据所使用的材料和工艺,特性是不同的。“

罗西娜博士还指出,他所学到的是研发和工业企业对正在开发的不同方法的反馈。获胜方法尚不清楚,玩家仍在研究不同的方法。

“在Yole,技术准备水平的评估主要基于从研发和工业企业收集的反馈,”Rosina说。 “这使我们能够建立一个关于技术开发和上市时间的图片,与我们在一些公司的公告中发现的相比,这更加真实。

“对来自不同参与者(研发,材料供应商,汽车公司)的信息进行交叉检查,使Yole能够获得客观的信息。对于商业化的评估,固态电池的开始也是利用非常完善的传统锂离子技术在安全性,性能和成本方面很好地定位这种新兴技术。此外,锂离子电池尚未开发出进一步提高性能和降低成本的潜力 - 固态电池必须以移动目标为基准。“

预计固态电池的能量密度将高于传统的锂离子电池,具有更高的安全性。 (由Yole提供)

固态似乎是最坚实的选择。

如今,固态电池技术被视为未来电动汽车最有前景的方法。例如,与目前的300公里相比,固态电池将大众E-Golf的续航里程增加到大约750公里。

与现有的锂离子技术相比,这种电池技术具有更高的优势:更高的能量密度,更高的安全性,更好的快速充电能力,并且最重要的是它们占用的空间显着减少。与当前电池组相同尺寸的固态电池可以实现与传统车辆相当的范围。

但是,虽然这种方法有很多希望,但很难实现进步,并且没有其他电池供应商能够实现汽车性能。大众汽车在德国成功测试了QuantumScape早期固态电池样品电池,以汽车电源速率运行 - 业界首创。

在过去几年中,许多玩家已经宣布原型单元的准备情况和预期的商业化开始,只是看到这些最终被取消或推迟。尽管经历了数十年的发展,但许多技术挑战仍未解决。

固态电池技术的研究可以追溯到20世纪50年代后期。固态电池技术已经发现微电池形式的应用作为传感器等的微功率源。不幸的是,用于微电池制造的材料和制造方法极难以成本有效的方式转化为体积尺寸的电池制造。

根据Yole的分析,目前对固态电池越来越感兴趣的势头是改变游戏规则的电池行业参与者 - 电动汽车/混合动力汽车制造商的强劲应用拉动。目前,混合动力和插电式电动汽车使用各种电池技术,包括锂离子电池,镍氢电池(NiMH),铅酸电池和电动双层电容器(或超级电容器),许多汽车制造商采用锂电池他们的电动汽车产品的技术。

电动汽车行业支持电池发展

许多技术砖涉及固态电池技术开发,包括电解质材料筛选,离子电导率增强,电解质/电极界面稳定性,锂金属阳极,隔膜涂层,电池和电池组制造方法,电池管理系统(BMS)和电池包装设计。

2.现代正在与Ionic Materials公司合作开发固态电池。

Yole表示,超过100家公司和研发人员参与了固态电池的开发。对于一项新兴技术,可能会惊讶地发现,68家工业公司中只有14家是创业公司(Ionic MaterialsNEI Corp.QuantumScape等)。这些初创公司主要定位于电解质材料的筛选和开发(图2)。

大公司内部的研发活动正在迅速发展,其中54家已由YoleDéveloppement确定。参与此类研发的顶级公司包括丰田,宝马,大众,雷诺 - 日产 - 三菱联盟和现代。丰田拥有强大的固态开发历史,200多名工程师致力于固态电池技术,被认为是这里的领导者。

EV / HEV制造商的积极参与对于固态电池商业化非常重要。除了巨大的市场潜力外,他们还提供有关EV / HEV电池要求,电池组装配,测试和认证的专业知识。事实上,与传统的锂离子电池相比,电池组设计及其组件的简化将提高固态电池的成本竞争力。

今天,固态电池的大部分开发工作都是通过合作伙伴关系完成的(图3)。其中包括传统的锂离子电池制造商(即三星SDILG化学,A123系统),电池隔膜技术解决方案供应商(Asahi Kasei)和材料供应商(索尔维,优美科等)。

3.越来越多的研发合作伙伴和大型财团为固态电池的发展带来了强大的额外动力。 (由Yole提供)

根据YoleDéveloppement的市场预测,固态电池的大规模生产将在2022年开始,到2025年将占锂离子电池需求的不到1%。这可能解释了设备供应商的相对较低的兴趣,这可能会在大型固体时发生变化  - 国家电池制造能力开始建立。

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