[新科技速遞]
根據研究機構Counterpoint的報告,上半年中國全球電動車電池市場市占率,達三分之二,各國急起直追,研發下一代固態電池,以扭轉形勢。
豐田計畫2026年投產固態電池,充電10分鐘,續航力可達1000公里,固態電池能量密度高、充電速度更快,安全性更高,毋須金屬容器保護,又降低車重,成為下一代車企兵家必爭之地。
不過,固態電池研發極其困難,歐洲Northvolt剛宣佈破產保護,美國Quantumscape股價低迷,率先量產反而是台灣地區的輝能科技(ProLogium Technology)和北京亦莊的純鋰電池。
輝能的固態電池能量密度,達321 Wh/kg,剛推遲了位於法國敦克爾克(Dunkirk)工廠擴充計畫,反映出歐洲市場放緩。中國進入快車道發展,多家廠商宣佈了投產時間,蔚來更推出半固態電池,能量密度350Wh/kg,電池能量密度150KWh,比Tesla Model 3 Long Range高一倍,續航約一千公里。
中國補助電池研發
各國爭相研發新一代電池技術,中國更覷凖固態電池為重點產業。據報,北京擬投入60億元人民幣補貼,固態電池成國家重點研發項目。香港的材料研發處於國際領先地位,蔚來為加快固態電池落地,宣佈與理工大學簽署戰略合作備忘錄,推動電動車動力電池技術、成果轉化及人才培養。
雙方研發人員圍繞電動汽車的前瞻技術、關鍵技術和工程應用、高端裝備製造及相關產業基礎研究,開展並進行聯合研發。
固態電池內的電解質屬於固體,以往受到「鋰枝晶」和界面接合等問題困擾,固體電解質中的離子較難移動,近年來發現了新化合物,為固態電池研發開闢了新道路。
在固態電池全速發展的情況下,QuantumScape剛公佈首次批量發送Alpha-2系列固態原型電池給車廠,並與大眾汽車屬下的PowerCo授權簽訂生產合約,華為亦剛申請固態電池專利,各廠商已摩拳擦掌。
理工大學也有團隊正在開發電池技術,鄭子劍教授的科研項目「下一代動力儲能電池複合集流體的中試與量產」,更獲首屆「產學研1+計畫」的資助,開發超輕、超薄、柔性且強韌的導電複合薄膜,可應用於鋰離子電池及固態鋰電池中的集流體,提高電池能量密度。
集流體電池突破
鄭子劍研究專長是柔性電子,開發柔性電池先須改變集流體材料。其實所謂,集流體是鋰電池電芯中正負極部分,承載正極和負極的活性物質,作用是彙聚電流對外輸出,完成化學能向電能的轉換,屬於鋰電池關鍵部件,約占成本一成半。過去數十年,集流體一直都是由純銅箔和鋁箔構成,銅箔作為負極,鋁箔作為正極,但材料過於剛硬脆弱,不能變曲,也無法製成柔軟彎曲的電池。
鄭子劍開發複合集流體,供柔性電子器材採用,同時可降低銅和鋁用量,以低密度高分子替換高密度金屬,降低集流體重量和厚度,提升電池能量密度。複合集流體又需要具備抗壓強度高、熔點低的高分子材料,可降低熱失控風險,提高電池安全度。
複合集流體讓固態電池輕薄、提高能量密度,以碳和金屬複合製成,具備機械強度、電化學穩定和熱穩定性,更是改善電池安全的關鍵,避免了電池短路。較早前,寧德時代亦推出了利用複合集流體的動力電池。
蔚來汽車副總裁曾士哲說,此次與理大合作,以校企聯動服務國家重大戰略,促進經濟社會發展和科學技術進步。
現時,蔚來在國內正營運數千個換電及充電站,供車主更換電池無須充電,不過電池的壽命和充電次數直接影響了成本。較早前,蔚來與寧德時代已宣佈合作開發壽命更長的動力電池,固態電池續航力更長,有利降低電池交換的成本,也是實現盈利的關鍵。