伴隨著電動汽車和可再生能源的快速發展,固態電池作為動力電池領域的前沿技術,近年來備受關注。電動汽車市場的快速增長催生了對更高效、更安全電池技術的需求,而固態電池具備高安全性和潛在的高能量密度的性能特點,有望成為電動汽車和其他移動設備的下一代電源解決方案。
在這一背景下,全球范圍內的研究團隊和企業開始投入大量資源進行固態電池的研發。包括日本、美國和中國在內的多家車企及電池企業都在今年先后宣布了各自固態電池產品的最新進展。例如,豐田就宣布計劃在2026年啟動固態電池的生產;梅賽德斯-奔馳也在積極布局固態電池技術,宣布與美國電池初創公司Factorial Energy合作,共同開發新型全固態電池技術;廣汽集團、上汽集團和寧德時代等企業都在積極推進固態電池技術的研發和應用,廣汽集團已經宣布計劃在2026年實現全固態電池的量產裝車,這在全球范圍內是最早的量產時間節點之一。
在液態電池發展相對成熟的當下為什么這些企業還要研發固態電池呢?
從安全方面來看,固態電池能夠有效提高鋰電池的安全性。
液態電池面臨的主要風險是熱失控。當前液態電池體系能夠做的包括:提升隔膜的耐溫性、電解液中添加阻燃物質等。但這些措施不能夠徹底消除自身的安全隱患。如果使用耐高溫、不燃燒或者不易燃燒的固態電解質,則可以從根源上降低鋰電池的自燃風險。
從性能方面來看,固態電池有潛在的高能量密度特點。
固態電池能夠兼容能量密度更高的正負極材料。未來,要發展超高能量密度的鋰電池,需要使用金屬鋰作為負極材料。金屬鋰作為負極材料時,在充放電的過程中,負極材料表面容易形成鋰枝晶。在液態電池體系中,鋰枝晶會刺破隔膜,導致電池的短路,從而引發電池的失效。此時,使用固態電解質則可以有效解決這一問題。
因此,盡管固態電池的量產在短期內面臨諸多挑戰,在實現量產普及的道路上,相關企業也必須克服包括提高離子導電性、確保安全性和穩定性等技術難題。同時,降低生產成本,使固態電池的價格更具競爭力,也是企業必須面對的挑戰。
客戶案例
全球領先的新能源電池公司LG Energy Solution(LG新能源)看好固態電池的發展前景,目前正在開發聚合物和硫化物固態電池以及使用鋰金屬負極的高能量密度充電電池,但當下他們也面臨著一些挑戰,如增加電池界面接觸、降低生產成本。
蔡司作為LG新能源的合作伙伴,為其電池研發中的質量難題提供高效的解決方案。
ZEISS Xradia X射線顯微鏡(XRM)可對電池結構進行安全、高效的無損三維成像。LG研發團隊在發現疑似問題區域后,利用蔡司X 射線顯微鏡的高分辨率無損圖像和相關分析技術,鎖定問題根源,確定改進措施,從而幫助產品開發。
隨著市場對電池的分析要求也日益提高,不僅需要更快、更大量地分析更小的問題,而且實時分析的需求也愈發強烈。在此背景下,LG 積極將蔡司的分析設備和技術引入電池研發流程。同時,對于一些無法解決的問題,LG 與蔡司展開合作,共同開發電池專用的定制技術以及各類新的分析技術,從而提升其在電池領域的競爭力。
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