本项目属于“六大产业链”中“汽车-新能源汽车-原材料-电池原材料”,该产业链的发展离不开政策的支持。《2022年全国标准化工作要点》(国标委发〔2022〕8号)要求“研制新能源汽车和智能网联汽车等领域急需标准”。《关于振作工业经济运行 推动工业高质量发展的实施方案》(发改产业〔2021〕1780号)要求“统筹优化产业布局,支持新能源汽车加快发展”。中共中央 国务院印发《国家标准化发展纲要》要求“在新能源、新材料等应用前景广阔的技术领域,同步部署技术研发、标准研制与产业推广,加快新技术产业化步伐。研究制定智能船舶、高铁、新能源汽车、智能网联汽车和机器人等领域关键技术标准,推动产业变革”等政策都对新能源汽车产业给予了大力支持。
电池作为新能源汽车的心脏,固态电池等新技术的发展同样得到了政策的支持。2020年10月《节能与新能源汽车技术路线图2.0》发布,要求加大固态电池研发力度。2020年11月《新能源汽车产业发展规划(2021-2035) 》提出了2025年新能源汽车销量占新车销量的20%,2035年纯电动汽车成为主流,公共领域用车全面电动化的愿景,明确了加强固态电池研发和产业化进程的要求。长续航和高安全是新能源汽车取代传统燃油汽车的关键所在,发展固态电池是政策和市场的双重导向。
全球范围内均在加大固态电池的布局,中、日、韩在固态电池领域处于技术领先地位。美国Solid Power开发出2Ah硫化物全固态金属锂电池,并计划2025年达到产业化;其全固态硅负极路线则计划在2022年生产100Ah电池,并向宝马和福特提供送测。固态电解质目前主要有三大技术路线,聚合物最早实现商业化但存在致命缺点,氧化物体系目前进展较快,而硫化物处于开发早期但潜力巨大,选择聚合物路线的以欧美企业为主,高能聚合物是未来的研发方向(如博世/Seeo、Ionic Materials、Medtronic、Blue Solutions/Bollore等)。国内企业较多选择氧化物路线,非薄膜型已尝试打开消费电子市场(卫蓝新能源、台湾辉能、清陶能源、TDK、NGK Insulators、Fujitsu、Murata、Hitachi、Toshiba、Quantumscape)。硫化物路线受日韩企业热捧,性能好且最适配固态电池,但同时研究难度也最大(Toyota、Panasonic、出光兴产、CATL、中科院物理所、卫蓝新能源、中科院宁波材料所、浙江锋锂、日立造船、LG化学等)。
锂电/电池企业及整车企业都积极布局固态电池技术,但目前行业尚处于半固态向全固态发展的阶段,国内方面蔚来发布150Wh混合固态电池包,计划于2022年Q4开始交付,完成3.26亿美元新一轮投资,资金主要用于固态锂电池量产建设。辉能科技完成3.26亿美元新一轮投资,资金主要用于固态锂电池量产建设。赣锋锂业与东风汽车合作开发的固态电池示范运营车全球首发,首批50台东风风神E70完成交付仪式,国轩高科公布半固态电池,预计将在2022年Q4开始小批量量产装车,在2023年实现产业化。而国际方面,大众对固态电池企业Quantum-Scape追加1亿美元的投资;福特&宝马将于2022年开始测试全固态电池;预计在2025年进入固态电池道路实测或量产应用阶段。总之,目前行业尚处于半固态向全固态发展的阶段,全固态电池的技术难题仍有待解决,但发展仍然迅速。中国因为产业链成熟,选择混合固液电解质路线可率先量产,国轩高科为国内某高端纯电动配套半固态电池实现超1000km的续航里程,其电芯能量密度达到360wh/kg,相比市面上主流三元锂电池有大幅提升。
固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。固态电解质是固态电池技术的核心,很大程度上决定了固态电池的的各项性能参数,如功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能以及使用寿命。与传统液态电解质相比,固态电解质具有以下优势:材料不可燃;加工性能好;简化了电池结构;具有良好的化学稳定性。而用来判断固态电解质性能优劣的最主要性能指标为离子电导率,离子电导率可以在一定程度上预测电池性能。由于电解质/电极界面存在较高的阻抗,固态电解质的高离子电导率是大家追求的方向。离子电导率是决定电池内阻和倍率的关键因素,较小的离子电导率使得电池性能不断衰减,主要表现为容量衰减、内阻增加、功率下降等。
固态电解质离子电导率是所有固态电池性能检测的重要指标,随着固态电池产业规模的扩大,规范固态电解质离子电导率方法已迫在眉睫。编制离子电导率检测方法标准有利于筛选出优异的固态电解质材料,为提升电池电性能和安全性提供数据支持。