三星固態電池技術登Nature子刊,實現關鍵突破,推動量產化!

固態電池固態電池即電解質採用固體材料的二次電池,它與傳統鋰離子電池的區別在於以固體電解質替代了傳統鋰離子電池的電解液和隔膜。由於其在安全性、能量密度、循環壽命等方面具有優於傳統鋰離子電池的性能,因此被視為下一代電池技術。

工作原理上,固態鋰電池和傳統的鋰電池並無區別:傳統的液態鋰電池被稱為“搖椅式電池”,搖椅的兩端為電池的正負兩極,中間為液體電解質,鋰離子在電解液中遷移來完成正負極間的穿梭實現充放電,而固態電池的電解質為固體形態,相當於鋰離子遷移的場所轉到了固態的電解質中。

在固態電池的研發和產業化道路上,韓國以企業界為主導,在政府部門指引下,國內各大汽車電池生產商聯合開發全固態電池。目前,韓國研究固態電池的企業主要有三星SDI、LG和現代汽車等,其中三星、LG和SK創新選擇成立聯合基金共同開發固態電池。現代沒有參加以上的三家聯盟,而是選擇自主開發、與高校合作和外部投資的方式進入固態電池的產業鏈。在專利方面,韓國分佈相對比較集中,三星SDI、LG和現代佔比50%以上;在技術路徑方面均以硫化物電解質為主。

日前,三星高等研究院與三星日本研究中心在《自然-能源》(Nature Energy)雜誌上發佈了一篇名為《通過銀碳負極實現高能量密度長續航全固態鋰電池》的論文,展示了三星對於困擾全固態電池量產的鋰枝晶與充放電效率問題的解決方案。


三星固態電池技術登Nature子刊,實現關鍵突破,推動量產化!


據瞭解,這一解決方案將幫助三星的全固態電池實現900Wh/L(區別於Wh/kg的計量單位,因不同材料密度不同,二者不可換算)的能量密度,1000次以上的充放電循環以及99.8%的庫倫效率(也可稱為充放電效率)。我國目前較為先進的固態電池技術雖然同樣也能夠實現1000次以上的充放電循環,但在庫倫效率方面目前還達不到接近100%的程度。


據論文介紹,三星通過引入銀碳複合負極、不鏽鋼(SUS)集電器、輝石型硫化物電解質以及特殊材料塗層,對固態電池的負極、電解質與正極進行了處理,有效解決了鋰枝晶生長、低庫倫效率與界面副反應,這三大固態電池量產所面臨的核心問題,推動固態電池技術離產業化更進一步。關鍵技術的突破,意味著固態電池市場卡位賽的開啟,包括松下、寧德時代、豐田、寶馬在內的一眾玩家磨刀霍霍。可以預見,未來五年,固態電池技術將會成為這些公司技術交鋒、產業佈局的關鍵所在。而三星則會因為率先實現了技術上的突破,在這場競賽中擁有相當大的領先優勢。


在此前的固態電池研發中,鋰枝晶問題、庫倫效率問題與界面副反應問題難倒了眾多電池領域的研發團隊。目前,可以說固態電池技術的關鍵難點已被三星攻克,固態電池產品距離量產又近了一步。這一現象意味著在未來五年的時間裡,佈局固態電池領域的車企、動力電池供應商以及跨界玩家都將順著這一思路進行研究,推動固態電池領域實現從研發到量產的突破。


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