在三大显著优势的加持下,村田固态电池的商业化发展情况如何?

发布时间:2021-02-24 作者:TP情报员 来源:TP情报社

固态电池于近年被视为可以继承锂离子电池地位的电池,其能量密度有望是目前锂离子电池的2-5倍,循环性和寿命更长,倍率性能更高,且可能从本质上解决现有液态电解质锂离子电池的安全性问题。

 

固体电池的说法其实是相对液体电池而言的,直白的将就是固体电池内部的所有使用的材料、构成的配件都是以固体形式存在的,没有类似于液体电池当中的液体电解质的存在。

 

那么这种固态电池相对于传统液体电池具备哪些方面的显著优点呢?

 

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固态电池的三大优势

 

第一、安全性好。

液态电解质易燃易爆,以及在充电过程中锂枝晶的生长容易刺破隔膜,引起电池短路,造成安全隐患。

 

而固态电解质可以抑制锂枝晶、不易燃烧、不易爆破、无电解液走漏、不会在高温下发生副反应等。

因此,安全性被认为是固态电池发展的最根本驱动力之一。

 

第二、轻--能量密度高。

使用了全固态电解质后,锂离子电池的适用材料体系也会发生改变,其中核心的一点就是可以不必使用嵌锂的石墨负极,而是直接使用金属锂来做负极,这样可以明显减轻负极材料的用量,使得整个电池的能量密度有明显提高。

 

第三、循环性能强。

固态电解质解决了液态电解质在充放电过程中形成的固体电解质界面膜的问题和锂枝晶现象,大大提升了锂电池的循环性和使用寿命,理想情况下循环性能表现优异,能够达到45000次左右。

 

 

在这些显著优势的加持之下,市场对固态电池也给予了厚望,固态电池公司在国内外如雨后春笋纷纷涌现,多家全球知名车企相继宣布,2020-2025年期间全固态锂电池将量产上车。

 

 

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村田新一代全固态电池量产

 

目前,针对固态电解质材料的研究仍然是一个非常活跃的探索和发现领域。国内外多家企业不断发力,致力于固态电池的商业化。

 

2019年6月,日本村田制作所称启动新一代全固态电池量产。

 

它在日本滋贺县的工厂投入数亿日元,引进生产设备,自2020年度起每月生产10万块用于无线耳机等可穿戴设备的全固体电池。

 

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图片来源于网络,侵删

 

村田的全固体电池在电解质上采用的是氧化物陶瓷材料。全固体电池能像电子零部件那样直接安装在基板上,无需准备电池用空间,因此能让产品更小巧。

 

虽然并不适合纯电动汽车等需要高输出功率和快速充电的产品,但能减少气体的发生,适合用于可穿戴设备、医疗产品等。

 

通过对村田的固态电解质进行分析发现,村田主要聚焦于聚合物、硫化物及氧化物。

 

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这其中,村田把大量重心放在了氧化物固态电池的商业化上,最具代表的是NASICON型固态电解质

 

 

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氧化物固态电池商业化

 

通过对专利进行精读,标记其技术手段和技术效果之后,我们发现:在NASICON型固态电解质里,村田主要布局了Zr基固态电解质,并且它的布局与研发重点是对Zr基的参杂改性,来提高离子导电率。

 

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村田在生产固态电解质的整体技术路线其实和未来大多数固态电池的生产相似,即使用粘结剂、固态电解质及少量活性材料等。

 

但村田与这些通用的技术路线唯一不同的是,它使用了一种氧化物玻璃(陶瓷)的粘结剂。

 

为了解决硫化物材料在电池破损时会产生有毒气体这一安全隐患,将安全性放在第一位的村田选用了安全性较高、具备耐热性、不燃性的独家氧化物陶瓷材料,作为电解质,以求实现全固态电池的实际应用与批量生产。

 

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上图右边的专利全部申请PCT,反映了日本公司在保护自己的核心技术上毫不含糊。在这项核心技术上,村田花了很大成本:不仅进行了技术的继承研发,还花了很多精力在PCT申请保护上。