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固态电池亮相东京 成本制约产业发展(附股)
据海外媒体Autocar报道，丰田执行副总裁兼首席技术官寺岛茂树(Shigeki Terashi)在东京车展前夕透露，丰田将在2020年东京奥运会期间推出一款搭载固态电池技术的新能源车。据悉，该车型将基于丰田e-Palette平台开发，e-Palette是丰田面向未来自动驾驶和车联网打造的一款概念产品，根据此前丰田方面的介绍，e-Palette将作为2020年东京奥运会和残奥会上运动员及后期保障人员的出行巴士。成本过高影响商业化进程相比现有搭载碳酸铁锂或三元锂动力电池的新能源产品，固态电池的能量密度大幅提升，柔性化特性也让更多电池造型成为可能，另外，固态电池在安全性上也具备优势。不过，受技术和成本等因素限制，当下固态电池批量化生产难度仍很大。寺岛茂树也表示，丰田推出固态电池新能源车型旨在对外展示其在固态电池领域的技术领先性，但鉴于当下过高的生产成本，该车型的大规模量产或将推迟至2025年。全固态电池汽车的优势1、电池更薄、体积更小，汽车动力储存更大传统锂电池受制于工艺的原因，其中的隔膜和电解液就占据了电池中近40%的体积和25%的质量。但全固态电池，因采用固态电解质，正负极之间的距离可以缩短到几到十几个微米，这样一来厚度得到大幅降低，在同等空间下全固态电池装载数量远大于传统锂电池，从而具有更大动力储存、更大续航里程的优点。往大了说，厚度薄、体积小这一优势还可以让全固态电池适应各种新型小尺寸智能电子设备的应用(在厚度达到毫米级以下后还可以柔性化开发，使其成为可弯曲可折叠的电池膜)而在这一点上传统的锂离子电池的技术是很难达到的。2、更安全因为传统锂电池使用液体电解质，而液体电解质具有易燃、易爆、易挥发的特性，在受到外部撞击或者其他极端情况时，就会发生电池短路，继而起火燃烧的特性，无法提供足够的安全保障。但全固态电池使用固态电解质没有电解液具有不可燃、无腐蚀、不挥发的特性，且不存在漏液问题，相较于传统电池在热稳定性上有先天优势，理论上讲安全性上，全固态电池汽车可以吊打现有的所有锂电池汽车。3、电池能量密度更高，汽车续航更大与目前市面上的液态锂离子电池相比，全固态电池除了安全性高外，能量密度高也是其最大的亮点。能量密度高的核心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，这样除了减轻负极材料的用量外，还使得整个电池的能量密度有明显提高，因其负极可采用金属锂，电池能量密度有望达到300~400Wh/kg甚至更高，可匹配高电压电极材料，进一步提升质量能量密度，应用到汽车上将大大提升续航能力(现在许多实验室中，都已经可以小规模批量试制出能量密度为300-400Wh/kg的全固态电池了一般锂离子电池是100-220Wh/kg)。此外，许多新型高性能电极材料，可能之前与现有的电解液体系的兼容性并不好，但是在使用全固态电解质后该问题可以得到一定的缓解。除了以上3大优点外，全固态电池汽车还具有：电池循环寿命长、工作温度范围宽、电池回收方便、可快速充电、生产效率高等优点。固态电池或将被列为新能源汽车核心技术攻关工程近日，一份标有《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》(征求意见稿)(以下简称《规划》)字样的行业规划文件在网上流出，许多人都感觉很过瘾，认为以此可以提前窥探政府层面对新能源汽车产业长远规划的大致方向。网传《规划》对动力电池、燃料电池的产业发展和技术创新提出了具体目标。其中，“加快全固态动力电池技术研发及产业化”被网传《规划》列为“新能源汽车核心技术攻关工程”。如若消息属实，全力研发全固态电池或将被上升到国家战略层面。固态电池企业现状汇总赣锋锂业赣锋锂业同样选中氧化物厚膜路线。根据其发布的公告，由其研发的第一代固态锂电池研制品已通过多项第三方安全测试和多家客户送样测试，单体容量10Ah，能量密度不低于240Wh/kg，1000次循环后容量保持率大于90%，电池单体具备5C倍率的充放电能力。截止至2018年12月31日，其40Ah 固态锂电池产品定型，产品的安全指标和综合性能通过内部测试，达到研制品水平。今年3月份，年产亿瓦时级的第一代固态锂电池研发中试生产线开始建设，计划于2019年下半年建成投产。清陶新能源清陶坚定固态聚合物的路线。去年11月，清陶建成第一条单体能量密度达到400Wh/kg的固态电池产线，推出第一批固态锂电池产品，产品主要投用于特种电源、高端数码等领域。它建成产能为100MWh的中试线。除此之外，今年7月，清陶新能源年产10GWh固态锂电池项目签约仪式在宜春举行。该项目一期固态电池产能为1GWh，预计今年年底投产，二期产能9GWh，2020年6月底开工建设，此后两年内投产。北京卫蓝北京卫蓝走的是氧化物+聚合物固态电解质路线。它开发出一种固态电池额定容量为4-8Ah，能量密度为240Wh/kg。据了解，北京卫蓝已经掌握了包括金属锂表面处理、原位形成SEI膜技术、固态电解质、锂离子快导体制备技术以及高电压电池集成技术、陶瓷膜优化技术和集流体解决方案等多项技术。目前，它处于中试线建设阶段、一期项目总投资5亿元，将于2020年3月投产，建成后预计形成年产100MWh固态电池的生产规模。宁德时代宁德时代主要走的是硫化物路线。目前它研制出容量为325 mAh的聚合物锂金属固态电池，能量密度达300 Wh/kg ，循环达到300周以上，容量保持率达到82%。比亚迪比亚迪没有对固态电池的技术开发路线设限，固态聚合物、氧化物均是它的目标对象。资料显示，它申请了全固态锂离子电池正极复合材料及一种全固态锂离子电池的发明专利。目前，其固态电池正处于小规模试用阶段。而据外媒报道，比亚迪新兴固态电池将于2021年开始在日本交付。珈伟珈伟发力的是凝胶聚合物。2018年7月，其36Ah类固态三元软包电池通过国家强检。能量密度达到230 Wh/kg，循环次数为4000次，可用在电动摩托车上，价格大约 1.5元/wh。目前它已完成类固态电池测试阶段。一期已投产产能规模为100MWh(或为中试线产能)，正在开工建设的二期产能为2GWh。
来源：巨丰财经
特斯拉电池降本20%解密
特斯拉虽然没有挑明将自产电池，但收购超级电容制造商Maxwell，加拿大电池生产线设备厂商Hibar System……自产电池似乎是必然的。背负着盈利大计的特斯拉在CEO马斯克的领导下对成本管控异常严格。马斯克本人在发给特斯拉员工的内部邮件中强调“会审查特斯拉的每一笔支出。无论多少，凡是支出都很重要。”自然，他对零部件的成本极为重视。“一再压价”下，松下与特斯拉的相处模式变得异常紧张。松下CEO津贺一宏甚至在专访中毫不客气：“马斯克多次要求降低采购价格。一次，我回应他，如果再压价，我们会考虑撤走超级工厂的全部松下员工和设备。”并且，截止2019年4月，马斯克表示松下仅生产24GWh电池。《日经新闻》则报道称，松下不会在超级工厂上进行任何新的投资。简言之，特斯拉：降价，加快步伐。松下：不，你不想。不愿受制于他人的马斯克很可能会考虑自产电池，正如特斯拉在与Mobileye产生分歧后，火速自研芯片。如果特斯拉走这条新路线，这家硅谷汽车制造商可以节省多少钱？George Bower，具有霍尼韦尔燃气轮机动力装置性能建模和数据分析背景的机械工程师，对这一数字进行了测算。“特斯拉新电池生产线可节省约20%的成本。”他进一步解释称，成本控制的评估是基于电池包，而非电芯。没有“中间商”（松下），集成电池包和电芯生产，采用Hibar高速电池制造设备（例如其高速电解液填充设备），通过增加电极涂层厚度提高能量密度，尽可能减少荷电保持性能测试……这些间接效益同样包含在他们测算的成本中。为什么会产生20%的成本节省效果呢？George Bower指出降本主因是，Maxwell新型的无溶剂干电极制造工艺促进了生产线速度（生产率）的提高。Maxwell的干电极工艺降本20%干电池电极、超级电容就是Maxwell的两大卖点。能够赋予特斯拉20%降本能力即是前者。Maxwell今年1月发布了一份公司业务报告，其中列出干电池电极的四个优点：能量密度：＞300 Wh/kg完成验证，具备 500 Wh/kg 的实现路径延长电池寿命：改善耐久性，电池寿命翻倍降低成本：16倍产能密度；与现有湿电极技术相比成本降低 10%-20%+技术支持与环境责任：无溶剂、下一代材料、无钴、固态16倍生产速度是节省大量成本的关键。不过，George Bower在分析中没有使用“16倍”，而是基于4倍测算成本。他提到，他们没有Maxwell干燥工艺的很多细节，但认为它可能类似于静电喷涂或粉末喷涂，因此称为“干燥”。传统的涂覆工艺使用溶剂型电极涂覆工艺，该设备的设备非常昂贵，且占用了很大一部分的工厂车间。George Bower在文章中引用阿贡实验室的报告内容，“与溶剂型电极涂覆工艺相关的直接人工成本占PACK总人工成本的11％，设备成本占工厂设备总成本的15％，占地面积是总工厂面积的11％。”此外，研究表明溶剂的干燥时间约为100分钟。换句话说，基于溶剂的电极涂覆工艺耗时，劳动密集，设备昂贵，且占用了很大一部分工厂用地。不过，他强调，仅仅因为传统的基于溶剂的电极涂层工艺需要11％的人工，并不意味着干电极技术最终可以节省11％的成本。从阿贡报告中可以看出，直接人工成本仅占总PACK成本的4％。我们使用下图估算生产率提高多少会降低PACK成本。如果生产率提高至4倍，会发生什么？即使产能增加至4倍，一些成本，如直接人工，经常开支，一般销售、管理费用，和研发成本，仍保持不变，如此就能降低每件产品的成本。如材料和物品采购的成本则会随之提高至4倍。固定成本是包装总成本的16％。此时，如果将生产率提高一倍，这些固定成本的占比将降至8％；如果将生产率再次提高一倍，这些固定成本比重将下降至4％。这意味着，当生产率提高至4倍时，可将成本在原来的基础上降低12%。另外，没有中间人松下，特斯拉将全权承担或持有电池的盈亏。因为不清楚松下向特斯拉收费多少，Bower直接引用了阿贡饼状图中4%的比重。实际上，近日《华尔街日报》指出松下在特斯拉的项目上是赔钱的。再者，假设杂项费用降低4%，整体上看Maxwell干电池电极技术可为电芯制造带来20%的降本效果。h整合电芯和PACK生产最近特斯拉又申请一项专利。新专利与宁德时代CTP（cell to pack）不谋而合，都在将两项独立的制造集成在一起。一般动力电池PACK生产流程是，首先由电池厂生产电芯，提供给有能力的OEM，由OEM组装PACK，或者由电池厂直接提供PACK。而特斯拉专利则允许电池厂直接将电芯集成为电池子模块。这些子模块可以进行串并联，如同拼积木般生产出各种尺寸的电池。特斯拉使用大量的电路板来集成电芯和电池组。电池制造过程的其他部分也可以加快，如快速填充电解液、化成循环测试、荷电保持性能测试。这些制造工序在整个PACK生产中占去19%的人工成本和20%的工厂面积。无论如何，Bower在经过各种测算后将特斯拉新电池生产线的成本节省量化为20%。瑞银曾在一篇报告中指出，特斯拉当前的电池成本为141美元/kWh。若基于此，特斯拉新电池包的成本降低20%后将达到117.5美元/kWh。只不过目前还不清楚其采用了干电池电极技术的自产电池何时落地。若这一切成为现实，特斯拉在电池成本方面将领先其他企业一大截。
来源：NE时代
研究人员研发出新型低成本环保钠电正极材料
近日，中国科学院深圳先进技术研究院功能薄膜材料研究中心研究员唐永炳及其团队成员联合泰国国立同步辐射光源研究所成功研发出一种新型钠离子电池正极材料。该正极材料成本低廉，并且环境友好，此项工作对开发低成本环保型电极材料及储能器件具有重要借鉴意义。相关研究成果A low-cost and environmental friendly mixed polyanionic cathode for sodium-ion storage（《一种低成本且环保的混合聚阴离子型钠离子电池正极材料》）已在线发表于《德国应用化学》上（Angew. Chem. Int. Edi, 2019, DOI: 10.1002/anie.201912272）。传统锂离子电池（LIBs）在便携式电子设备、电动乘用工具等领域取得了广泛的应用。然而，由于锂资源的匮乏且分布不均以及正极材料所用钴资源稀缺，LIBs难以满足大规模储能领域的应用需求。钠离子具有与锂相似的化学性质，并且储备丰富，因此钠离子电池在规模化储能领域具有重要的应用前景。目前，限制钠离子电池应用的主要技术瓶颈在于缺乏合适且廉价的正极材料。主要原因在于：钠离子具有比锂离子更大的离子半径，钠离子在正极材料的脱出和嵌入相对困难，从而需要一个更为稳定的晶体骨架以及更大的离子扩散通道。基于上述考虑，唐永炳及其团队成员宋天一、姚文娇、郑勇平等人通过理论计算与实验相结合，成功研发出一种新型Na2Fe(SO4)(C2O4)·H2O 钠电正极材料。该钠电正极材料表现了优异的电化学可逆性和稳定性。进一步的原位同步辐射和XRD表征以及第一性原理计算阐明了该材料电化学活性起源于Fe2+/Fe3+ 氧化还原对；高的电化学稳定性则源于该材料具有大尺寸的钠离子迁移通道及高的晶体结构稳定性。该工作对开发新型电极材料以及促进高效低成本电池技术发展具有重要意义。图：新型钠离子正极材料。(a) 单晶材料，晶体结构解析(b)和钠离子扩散路径示意图(c)，充放电过程中的同步辐射近边X射线吸收谱(d)和原位XRD谱(e)。
来源：中国科学院深圳先进技术研究院
被中企超越后“换道” 日本举全国之力研发固态电池
汽车从发动机向纯电动转变的时代正在临近，但纯电动化也面临着技术上必须跨越的障碍，其中之一就是电池。目前的电池在续航距离、充电性能和安全性能等方面存在课题。作为解决课题的新一代电池受到关注的是“全固态电池”。日本为了确保汽车产业的优势地位，日本政府与民营企业正在携手致力于实用化。据日本经济新闻中文网10月31日消息称，全固态电池是锂离子电池的一种，在锂离子来回移动的通道上采用固态电解质，取代现有电池的电解液。现有电池的电解液采用有机溶剂类材料，存在起火的可能性，在安全性上存在问题。全固态电池不使用可燃性电解液，安全性更高。全固态电池还无需被称为隔离层的零部件，能减少零部件个数，降低制造成本。通过避免使用液体，克服了锂离子电池充放电过程中离子溶出的问题，有助于延长使用寿命。需要快速充电纯电动汽车要取代发动机汽车，需要飞跃式地提高电池性能。首先，为了延长续航距离，有必要提高电池的“能量密度”。此外，还有必要改善“输入输出功率密度”。输入输出功率密度影响充电时间。很多专家认为，提高输入输出功率密度，以数分钟完成充电的“超快充”对于纯电动汽车的普及不可或缺。全固态电池在理论上具备超过现有的锂离子电池的性能。日本政府正在全面支援丰田等企业的全固态电池开发行动。2018年夏季，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）启动了开发全固态电池的项目。2018~2022年度的5年里将投入100亿日元。日本新能源产业技术综合开发机构此前也携手材料厂商等推进全固态电池的研究，丰田、日产、本田技术研究所等汽车厂商、松下和杰士汤浅等电池企业加入，正在以“全日本”的体制进行开发。 日本政府向全固态电池倾斜，是因为这有可能左右日本产业整体的沉浮。在现有的车载锂离子电池领域，日本企业曾保持优势地位，但如今已被中国企业超过。由于纯电动汽车并未普及到超越发动机汽车的程度，影响仍然很小。但如果在全球环保政策加强的背景下，纯电动汽车不断普及，日本汽车厂商的地位将变得危险。而中国2019年起设置了要求汽车厂商生产一定比例纯电动汽车等的新能源车（NEV）规定。日本新能源产业技术综合开发机构统计显示，在2002年至2014年的全固态电池相关专利申请中，日本占到54%。但据称欧美、韩国、中国等也在举全国之力推进全固态电池的研究，日本目前的优势地位今后能否保持仍是未知数。富士经济的数据显示，全固态电池的世界市场规模2017年仅为21亿日元。预计到2035年将增至2.7877万亿日元。目前，高分子类全固态电池已经部分实用化，但由于各种课题而并未普及。在小型电池领域实现实用化如果各种全固态电池实现实用化，续航距离和快速充电等问题被克服，纯电动汽车市场有可能迅速开花。国际能源署（IEA）公布了乘用车销量中各动力源(4.540, -0.01, -0.22%)所占比例的预测，预计纯电动汽车和插电式混合动力车（PHV）的比例到2030年达到19%，到2040年达到35%。实际上，超小型全固态电池已经实用化。TDK和富士通旗下的FDK等已启动了用于电子基板的超小型全固态电池的样品供货。这种电池可以考虑用于“物联网（IoT）”设备和可穿戴终端等。TDK和FDK推出的全固态电池为采用陶瓷材料的“氧化物类”。这种氧化物类全固态电池要用在纯电动汽车上似乎还需要一定时间。日本从2018年开始举全国之力研究车载全固态电池，最初将“硫化物类”作为材料。不过，硫化物类存在一接触空气就产生气体的课题。采用陶瓷材料的氧化物类被认为安全性更高。虽然氧化物类全固态电池如果用于汽车性能并不足够，但如果技术出现突破性进展，在车载领域或许也将成为有力选项。
来源：观察者网
数据显示：前三季度动力电池装车量频现波动
动力电池是电动汽车的核心部件之一，其产销量、装车量等数据可间接反映电动汽车市场的冷暖。从这份由中国汽车动力电池产业创新联盟提供的数据可以看出，尽管今年前三季度我国动力电池装车量总体高于去年同期，但在第三季度，也即传统的汽车销售“金九银十”阶段，同比却出现明显下降。尤其是9月，动力电池装车量同比下降30.9%，创下三年来最大降幅。这恰与我国电动汽车产销量连降三个月的形势相符。
来源：中国能源报
动力电池知识产权困局何解？
“统计了国际上的专利数量排名后，我们发现，越是动力电池领域内真正具体的核心技术点，我们越是没有相关专利。”当前，无论是在竞争激烈的国内市场，还是在“高手云集”的国际市场，创新知识产权保护的重要性都日渐凸显。其中，针对电动汽车的“心脏”——动力电池知识产权的布局与保护，更是被业内视为重中之重。“动力电池是电动汽车的关键技术之一，近年来得到了广泛重视，也涌现出了不少优秀企业。电池企业如何对核心技术进行有效的知识产权布局与保护，是行业发展中需认真思考的问题之一。”泛亚汽车技术中心有限公司产品数据及知识工程部总监闫仕军在近日于宝鸡举办的2019中国汽车知识产权年会上呼吁。重中之重积极布局专利，有助增强核心竞争力锂离子电池是当前动力电池的主流技术。国家知识产权局公布的数据显示，截至2018年底，锂离子电池电芯核心材料全球申请原创排名前五的国家分别是日本、中国、韩国、美国和德国。其中，日本的申请量超过 23000 件，远超其他四个国家。“日本在基础材料领域的科研水平具有绝对领先优势。而中国随着近年来新能源产业的快速发展，专利申请量后来居上，目前已经远超韩国和美国，跃居第二，这说明近些年中国在锂离子电池领域已经有了相当丰富的技术积累。”由国家知识产权局发布的《2018年重点领域知识产权分析评议报告》指出。记者了解到，新能源汽车产业主要由上游锂电池原材料、电机原材料，中游电机、电控、锂电池以及下游整车、充电桩、运营等多个产业构成。其中，锂离子动力电池作为新能源汽车最重要的核心部件，同时也是新能源汽车知识产权专利发展的重点领域。“在新能源汽车涉及的诸多技术中，电池安全技术非常重要，特别是在今年有多起电动车着火事故发生的背景下。” 闫仕军表示，积极布局锂离子电池电芯核心材料知识产权专利，能有效增强我国未来在动力电池领域的核心竞争力。“如电池管理系统技术，其作为确保电池安全的重要环节，既是用户之间的纽带，也能提升电池的利用率和安全性。”短板明显忽视境外专利申请，缺少核心技术专利然而，记者注意到，虽然目前我国在锂离子电池电芯核心材料全球申请原创国里排名第二，但我国企业在境外申请相关专利的数量却并不多。以我国动力电池龙头企业之一比亚迪为例，截至2019年4月，比亚迪共拥有1209件国内锂离子电池专利，遥遥领先于其他企业。甚至在最近三年中，每年锂离子电池相关专利申请数量均在百件左右，其对该领域的重视程度可见一斑。但记者并未检索到比亚迪在其他国家的专利申请，而这对正在开拓国际市场的比亚迪来说，并不是一个乐观的消息。我国动力电池的另一龙头企业宁德时代也存在着类似问题。数据显示，截至2018年底，宁德时代及其子公司共拥有1618项境内专利，而境外专利却与之形成鲜明对比——仅为38项。那么，境外专利对于动力电池企业来说究竟意味着什么？业内专家表示，如果要开拓海外市场，境外专利布局是我国企业下一步需重点攻克的目标。此外，缺少核心技术专利也是目前我国动力电池知识产权现状中的一大短板。“统计了国际上的专利数量排名后，我们发现，越是动力电池领域内真正具体的核心技术点，我们越是没有相关专利。”中国汽车技术研究中心有限公司情报所高级知识产权经理吕惠坦言，虽然总体来说，我国在专利数量上做得很不错，但一到最核心的技术点上，中国的排名就整体往后掉。比如，我国在SOC（即“电池的剩余电量”）领域的专利数量并不多。紧盯前沿掌握核心技术+协同创新“电池管理技术是动力电池的核心技术，如果企业想对其进行研究，可以多关注SOC估算技术。目前我们在热管理、电管理以及高压系统管理上都已经趋于成熟，但电池的状态估算由于涉及到新的方法，仍需进行进一步研究。”吕惠强调，新算法依然是未来大热的发展点，建议企业多做相关布局和研发。电池估算作为核心技术，鼓励企业对其重点发展是优化专利布局的重要工作之一。吕惠进一步指出,未来动力电池企业在知识产权方面的发展趋势应该是多掌握核心技术、优化专利布局。“比如丰田、LG等企业，哪怕是只布局了几项专利，但只要这些专利代表的是前沿领域研发，就算是掌握了真正的电池管理核心技术。”除了优化专利布局外，协同创新也是企业未来打赢可能出现的知识产权专利战的重要一环。“我们要追求的不应是专利的数量，而应是创新能力的持续提升，核心竞争力的不断增强，并以此为阶梯实现我们的最终目标——企业收益、盈利。”东风商用车公司技术中心知识产权部部长陈红坦言，提高创新能力和协同发展，都是未来打赢“专利战”的战略要义之一。“当前的国际大趋势是全球化知识产权的保护与布局，只有认真研究知识产权才能更好地促进产品和技术走出国门。”中国汽车工程学会副秘书长闫建来进一步指出。
来源：中国能源报
