三星的起步(1938~1969)
在1938年3月1日,三星前任会长李秉喆先生以30,000韩元在韩国大邱市成立了“三星商会”。李秉喆先生早期的主要业务是将韩国的干鱼、蔬菜、水果等出口到中国的北京及满洲里。不久之后,三星(在韩语的字面意思是“三颗星”)又拥有了自己的面粉和制糖厂,自己进行生产及销售。并最终成为三星这个现在拥有同一个名字的现代世界性公司的基础。
1969年 12月 三星-Sanyo 电机成立(1975年3月更名为三星电机,并于1977年3月被三星电子兼并)
1月 三星电子工业成立(在1984年2月更名为三星电子)
1968年 11月 成立高丽总医院(1995年更名为三星江北医院)
1966年 5月 成立中央开发(也就是现在的三星Everland)
1965年 10月 收购世韩造纸(于1968年8月更名为全州造纸,现已经不再隶属于三星集团)
9月 三星开办中央日报(现已不再隶属于三星集团)
4月 三星文化基金会成立
1963年 7月 收购东方生命保险(于1989年7月更名为三星生命保险)
收购东花百货(现称为新世界百货,并不再隶属于三星集团)
1958年 2月 收购安国火灾与海上保险(于1993年10月更名为三星火灾海上保险)
1954年 9月 第一毛织成立
1953年 8月 第一制糖株式会社成立(现在已经成为一家独立的公司,并不再隶属于三星集团)
1951年 1月 三星Moolsan成立(现称为三星物产)
1938年 3月 在韩国大邱三星商会成立
三星的产业时代(1970年~1979年)
整个二十世纪七十年代,三星通过在重工业、化学以及石化工业的大规模投资,奠定了其未来发展的战略基础。在1973年8月,公司宣布了第二个“五年管理计划”,为这些业务领域制定了目标,并使三星进入造船工业。在此期间,公司还采取步骤,增强公司在世界市场的竞争力,将其制造过程从原材料生产,集成到最终产品生产。结果,许多新的公司诞生了,其中包括1974年成立的三星重工业,以及三星造船厂(三星收购了Daesung重工株式会社后成立)、1977年成立的三星精密机械株式会社(现更名为三星Techwin)。
三星另一个爆炸式发展来自于处于萌芽状态的家用电器业务。当时在韩国本地市场已经是一个主要生产企业的三星电子,在此期间开始出口其产品。另一个重要发展是三星在1974 年收购了韩国半导体的50%股票,进一步巩固了三星电子在半导体制造领域的统治地位。
1978年 12月 三星电子出口额达到1,000亿美元
1977年 8月 三星精密机械株式会社成立(在1987更名为三星Techwin)
4月 三星电子开始出口彩色电视机
三星造船厂成立(在1983年被三星重工业兼并)
三星精密化学成立
2月 三星综合建设成立(在1995年12月被三星物产兼并)
1976年 11月 三星物产荣获出口3,000亿美元出口奖
1974年 8月 三星重工业成立
7月 三星石油化学成立
1973年 12月 三星康宁成立。
8月 三星Sanyo零件成立(在1977年5月更名为三星电子零件,在1987年2月更名为三星电机)
5月 Emparial 成立(目前的公司名称为新罗酒店)
1月 第一企划成立
进入全球技术市场(1980年~1989年)
七十年代晚期到八十年代初期,是多元化程度逐步提高,三星核心科技业务在全球范围内增长的阶段。
在1978年,三星半导体以及三星电子成为两个独立的实体,同时也开始向全球市场提供新产品。在1983年12月成功开发出64K DRAM(动态随机存储器,Dynamic Random Access Memory)VLSI芯片,并因此成为世界半导体产品领导者。在此之前,三星只是为本国市场生产半导体。
三星精密机械株式会社(成立于1977年)的业务基础是另一个高科技领域-航空。并在1987年2月将公司的名称改为三星航空工业株式会社(现在的名称为三星Techwin),三星正在以前所未有的速度发展自己的航空工业。其将来的计划还包括未来空间站的开发甚至计划在二十一世纪早期开发用于月球与火星探测的航空设备。
在八十年代中期,三星开始进入系统开发业务领域,在1985年成立了三星数据系统(现在的名称为三星SDS)作为在包括系统集成、系统管理、咨询,以及网络服务的信息技术服务的领导者。
三星越来越重视技术,并导致了在八十年代中期另外一个重要的发展,也就是公司的经济研究院与开发研究院的诞生:在1986年成立的三星经济研究院(SERI),以及在1987年成立的三星综合技术研究院(SAIT)。这两个作为先驱的R&D组织,成功地帮助三星将其业务甚至进一步扩大到电子、半导体、高分子化学、基因工程、光纤通讯、航空,以及从纳米技术到先进的网络结构等广阔的领域。
在1987年11月19日,三星的创始人李秉喆会长在执掌三星集团近50年之后逝世。他的儿子李健熙继任成为三星新的会长。在1988年三星集团庆祝公司成立50周年的庆典上,他宣布公司开始“二次创业”,将领导三星进一步发展,成为世界级的二十一世纪企业。
为了“二次创业”,三星挑战自己,重组了旧的业务,并开始进入新的业务领域,目标是成为世界五大电子公司之一。三星电子与三星半导体&无线通讯的合并无疑是向这个目标前进的一个关键。因为在公司的历史上,这是第一次,三星那时走上了最大化技术资源、开发增值产品之路。
重叠项目的综合节约了成本,并有效地运用资金与人力。到八十年代后半叶,三星在创建稳固电子与重工业的努力终于有了回报,公司获得了与高技术产品相匹配的声誉。
1989年 12月 三星福利基金会成立
7月 三星BP化学成立
1988年 11月 三星电子与三星半导体&无线通讯合并
5月 三星综合化学成立
3月 李健熙会长在三星成立50周年纪念庆祝会上宣布 “二次创业”
兼并KOCA信用卡公司(在1988年5月改名为三星信用卡,后在1995年9月该为三星卡)
三星举办成立50周年庆祝活动
1987年 12月 李健熙被选为三星集团会长
11月 会长李秉喆逝世
10月 三星综合技术研究院(主要R&D中心)成立
7月 三星Aerospace(也就是后来的三星Techwin)生产出第1,000台飞机引擎
1986年 10月 三星电子开发出世界最小、最轻的4mm磁带录像机
7月 三星经济研究院成立(在1991年4月,变更为独立法人)
1985年 5月 三星数据系统成立(已更名为三星SDS)
1983年 12月 三星半导体&无线通讯开发出韩国第一个64K DRAM芯片
6月 三星Watch成立(并未运营)
1982年 6月 三星综合进修学院(人力资源中心) 成立
4月 湖岩美术馆开放
2月 三星Lions(专业棒球队)成立
迈上世界舞台(1990年~1993年)
二十世纪九十年代初期,高技术产业面临着前所未有的巨大挑战。兼并、联合以及收购等商业行为非常普遍,竞争与合并风起云涌。各个公司都不得不重新思考自己的技术与服务的定位。业务开始跨出国家与国家、公司与公司之间的界限。为了把握这些机会,三星在1993年提出来“新经营”规划。
2016年11月23日,三星电子综合技术院院长郑致熹公开表态称,三星电子决定收购美国量子点企业QD Vision。三星电子提出以7000万美元作为收购合并金而被选定为优先协商对象。据了解,总部位于马萨诸塞州列克星敦市的QD Vision成立于2004年,由麻省理工学院 (MIT) 的研究人员创立。
量子点和OLED的未来显示技术之争
三星收购QD Vision所处的大背景恰恰正是和LG的下一代电视屏幕技术之争。众所周知,这些年来,三星和LG一直在围绕着下一代电视屏幕技术的标准制定进行反复斗争。其中三星主推量子点技术,而LG则是倡导OLED技术。
坦率来说,其实三星在OLED屏幕技术上的技术积淀比LG要更强,在三星Galaxy历代旗舰上,三星一直都在主推OLED技术,而且也取得了非常好的效果,得到了全球合作伙伴的认可,是手机面板市场上的最大OLED屏幕供应商。LG虽然也在推OLED技术,但从小米Note2的偏色、色差现象来看,足见LG在OLED技术还是缺乏成熟度。
在电视面板上,三星不用自家独步全球的的OLED技术,反而要用量子点技术,这背后其实是有原因的。OLED屏幕因为自发光的特性,容易出现残影,也就是俗称的“烧屏”现象,手机OLED屏幕直至这1-2年才逐渐把“烧屏”现象控制到了一个相对合理的水平。手机上使用OLED屏幕的目的很大程度上也不是单纯为了显示效果,而手机是快速迭代的消费电子,往往1-2年就要换机,“烧屏”现象真正出现时,可能手机已经迭代更新了。但电视作为高档耐用的电子设备,使用时间往往在5年以上,甚至长达10年,尤其是大尺寸OLED屏幕本身就良品率低,“烧屏”一旦出现,后果远比手机要严重,会直接影响显示效果。
四五年前,索尼、三星、LG就在研究让OLED电视面板真正投入使用,但在今天无论是良品率还是成本都没能达到真正可以大规模商用的地步。而三星也是在2014年左右逐渐把方向放在量子点技术上。量子点是一种无机物纳米级材料,不同大小的颗粒受到光电刺激时候可以发出不同颜色的光。而量子点电视就是在液晶电视的背光层加入了这种材料,从而增加液晶电视的亮度和色域。从现实效果来看,量子点很大程度上已经超过了OLED,而且价格也更为低廉。
三星的这一决策很务实,虽然自家在OLED面板技术上的实力位居全球第一,但由于大气候尚不成熟,三星战略转移,选择了更现实可行的方案,也就是在电视上先主攻量子点技术。
一场充满戏剧性的收购
事实证明,三星的这个选择显示了熟知市场规律的智慧。因为从OLED和量子点的技术之争来看,一方面是LG在OLED的崎路上艰难前行,另一方面则是三星在量子点技术上不断迅速突破。直观来看,这场收购就是为了QD Vision的专利,三星要为自己在量子点技术的优势之路上加一块奠基石。
这场收购其实令人颇为意外,甚至富有戏剧性。纵观整个世界市场,在全球范围内研究量子点材料的商家多达十余家,而较知名的有英国的Nanoco、德国的Nanosys、以及三星这次买下的QD Vision、以及位于杭州的本土企业纳晶科技。尤其是Nanosys和QD Vision,这两家企业在量子点显示技术方面的研究和技术领先业界。
有意思的是,量子点显示相关的专利很大一部分过去掌握在Nanosys公司手上,该公司共握有超过300项相关专利,三星电子是Nanosys公司的主要投资者之一。而且在今年4月,Nanosys起诉QD Vision在量子点材料领域侵犯了其13项专利,双方曾因为专利问题大打出手。而在上个月,国外媒体意外传出QD Vision公司“遭到了大股东的撤资将倒闭”的消息。坊间甚至传闻称,流传纳晶科技曾向QD Vision投出橄榄枝。
一系列传闻始终没有证实。真真假假的内容还未敲定,这个月竟然就传出三星将要收购QD Vision的新闻,着实令不少人吃了一惊。因为量子点技术的主要积累厂商本身就不多,Nanosys和QD Vision两家本身在业内就几乎是最领先的厂商。一旦这场收购完成,这将意味着三星在量子点面板技术领域的优势达到近乎垄断的地步。
而且更重要的是,这场收购非常值当。因为和11月14日三星花80亿美元现金收购高端音响制造商哈曼相比,三星收购QD Vision要花的7000万美元的确不算多。虽然说两场收购的可比性不强,但如果非要去比较的话,两场收购一场是为了奠定三星在电视音响领域的优势,一场则是让三星在量子点领域的产业链整合再进一步,结束和LG之间的未来显示技术之战,这也足以看出收购QD Vision还是比较划算的。
并购之后将会上演哪些市场变局
这场并购之后,真正最值得关心的还是电视市场的未来竞争格局。这场竞争中,无论是专利的积累、产业的整合以及未来市场走向都已经露出了风向。
首先从专利积累问题来看,三星通过收购QD Vision已经完成了奠基,而且锁死了竞争对手的退路。
这种专利型的收购这两年在市场上体现的愈加频繁,而且一旦收购完成,很容易导致竞争对手在未来1-2年的时间里无力追赶。这场收购堪称四两拨千斤,迅速在整个棋盘上找到了棋眼。而且这次收购很容易让人想起2012年苹果低价收购指纹识别的方案商AuthenTec——当时市场上只有AuthenTec能提供成熟可商用的解决方案,也直接导致整个安卓阵营无指纹识别解决方案可用,等用上指纹识别时已经普遍落后苹果1-2年时间。
从产业链的整合的角度来看,量子点阵营的产业上下游也正在逐渐呈现出全面整合的态势。
与OLED技术近几年突破有限对比,量子点技术可谓踩上了风火轮,在推出量子点技术不久之后就收购研发公司,可见三星尝到了甜头,也看到了前景。一方面是三星在上游输出技术,一方面是下游有TCL等一系列硬件厂商围绕着三星构建起了量子点阵营。从技术成熟度还有产业整合的紧密程度来看,量子点阵营比OLED阵营的实力相对还是略胜一筹,而且OLED阵营内部也并非铁板一块,康佳、长虹这样的厂商更多还是处于“骑墙”的状态,一方面拿出OLED产品的同时,也极为重视量子点技术的推广。量子点技术在产业链中已经有了很强的整合力。
从未来的市场走向来看,这一次三星宣布收购QD Vision,势必会加强三星在量子点领域的投资,加速量子点技术和量子点阵营的快速发展。而且在产业整合能力的配合下,三星在量子点和OLED未来显示技术之争的格局中优势已经愈加明显,在这种大环境下,三星电视能够继续借助技术优势和专利优势左右市场的节奏,称霸全球市场。
作者:深几度,微信号:852405518,微信公众号“深几度”,转载请保留版权内容。
车东西(公众号:chedongxi)文 | Bear
日前,三星高等研究院与三星日本研究中心在《自然-能源》(Nature Energy)杂志上发布了一篇名为《通过银碳负极实现高能量密度长续航全固态锂电池》的论文,展示了三星对于困扰全固态电池量产的锂枝晶与充放电效率问题的解决方案。
▲三星在《自然-能源》杂志上发表论文
据了解,这一解决方案将帮助三星的全固态电池实现900Wh/L(区别于Wh/kg的计量单位,因不同材料密度不同,二者不可换算)的能量密度,1000次以上的充放电循环以及998%的库伦效率(也可称为充放电效率)。我国目前较为先进的固态电池技术虽然同样也能够实现1000次以上的充放电循环,但在库伦效率方面目前还达不到接近100%的程度。
据论文介绍,三星通过引入银碳复合负极、不锈钢(SUS)集电器、辉石型硫化物电解质以及特殊材料涂层,对固态电池的负极、电解质与正极进行了处理,有效解决了锂枝晶生长、低库伦效率与界面副反应,这三大固态电池量产所面临的核心问题,推动固态电池技术离产业化更进一步。
关键技术的突破,意味着固态电池市场卡位赛的开启,包括松下、宁德时代、丰田、宝马在内的一众玩家磨刀霍霍。可以预见,未来五年,固态电池技术将会成为这些公司技术交锋、产业布局的关键所在。
而三星,则会因为率先实现了技术上的突破,在这场竞赛中拥有相当大的领先优势。
一、全球争夺固态电池新风口 三星率先取得技术突破
固态电池一度被视为最适合电动汽车的电池技术,但这究竟是一种什么样的技术呢?
单从字面上理解,全固态电池意味着将现有电池体系中的液态电解质,完全替换为固态电解质。但在电池产业的定义中,固态电池有着三大技术特征——固态电解质、兼容高能量的正负极以及轻量化的电池系统。
固态电解质很好理解,区别于传统锂电池中所使用的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯等液态电解质,固态电解质是一种新型的,作为电池正负极之间离子移动通道的材料,目前主要分为三类——聚合物材料、无机氧化物材料、无机硫化物材料。
与液态电解质对比,固态电解质具有高温下稳定、不易燃的理化特性,同时其机械结构也能抑制锂枝晶生长,避免其刺穿隔膜造成电池短路。
同时,常规液态电解质高压之下易氧化的特点对于固态电解质而言也不复存在,因此固态电池可采用能量密度更高、放电窗口更高、电势差更大的正负极解决方案。
而由于固态电池电芯内部不含液体,可以实现先串联后并联组装的方式,减轻了电池PACK的重量;固态电池性质稳定的特点,也可以省去动力电池内部的温控元件,进一步实现动力电池的减重。
上述三大特征所对应的,正是固态电池对比传统锂电池所具有的技术优势。简单来说,就是更高的能量密度、更大的放电倍率、更长的循环寿命以及更加轻量化的电池系统设计。
这些技术优势决定,固态电池将会是未来十年内最适合电动汽车的动力电池,以动力电池产业内部对固态电池量产进度的研判,到2025年之后,固态电池将逐渐成为动力电池领域的主流产品。
可以说,谁抢下了固态电池,谁就抢下了未来十年内,新能源产业发展的先机。
在这一思想的主导下,丰田、宝马、大众等国际一线车企,松下、三星、宁德时代等动力电池企业,甚至是戴森、NGK|NTK等跨界而来的巨头玩家,纷纷涌入固态电池领域,试图通过投资并购、技术合作、独立研发等手段,在固态电池尚未实现产业化之前完成卡位。
▲大众推出了搭载固态电池的奥迪PB18 e-tron
但当这些玩家真正下场布局的时候,固态电池的技术难度远超他们的想象。当下固态电池技术距离量产还需要解决诸多难点,有研究显示,锂枝晶的形成、界面阻抗导致的库伦效率低、固态电解质与正负极产生副反应等问题在固态电池的实验中尤为明显。
三星日前在《自然-能源》杂志上发表的论文,正式针对这些问题提出了解决方案。
▲三星在《自然-能源》杂志上发表论文
首先,三星通过银碳复合材料与不锈钢(SUS)集电器减少了负极锂离子过量不均匀沉积,并采用锂离子迁移数更高的硫化物固态电解质(一般液态电解质锂离子迁移数为05,硫化物固态电解质锂离子迁移数为1),减少了电解质中锂离子的沉积,在负极与电解质两个区域内减少了锂枝晶形成的可能性。
其次,三星对NCM正极层进行了LZO涂层的涂覆处理,使用05nm的LZO涂层将正极材料与硫化物固态电解质分隔开,并通过LZO涂层自身良好的电导率实现阻抗的减小,用以提升电池系统的库伦效率。
与此同时,LZO涂层与银碳复合材料层的存在也阻断了硫化物固态电解质与正负极产生副反应的可能,最大限度地保证了固态电池在工作过程中的正常表现与可循环性。
通过这套解决方案,三星的全固态电池实现了900Wh/L的能量密度、1000次以上的充放电循环以及998%的库伦效率。
而同样在研究固态电池的丰田、松下团队,目前的固态电池技术虽然能做到更高水平的循环次数,但其能量密度仅为700Wh/L,库伦效率也在90%左右。宁德时代的固态锂电池理论上能够做到1000Wh/L以上的能量密度,但在库伦效率方面,同样要弱三星一筹。
三星的这套解决方案有效地克服了固态电池产业化的技术难点,如果以卡位赛的思路来评价三星在众多对手中间的地位,那么三星在固态电池关键技术上的突破,无疑为其赢下了起跑阶段的优势。
二、三星解决锂枝晶生长问题的三大法门
三星在全固态电池研究过程中遇到的第一个难题就是锂枝晶问题,锂枝晶的形成对于所有的锂电池而言,都是不得不面对的问题。
其生成原理是锂离子在负极与电解液中的不均匀沉积,所形成的树杈状的锂离子结晶体,这些结晶体在放电倍率超过电池设计上限以及长期的充放电循环中均有可能出现。
而锂枝晶一旦出现,则意味着电池内部的锂离子出现了不可逆的减少,同时锂枝晶会不断吸附游离的锂离子实现生长,最终可能会刺破隔膜,导致电池正负极直接产生接触引发短路。
曾有观点认为,固态电解质的力学特性能够抑制锂枝晶的生长,阻止其对隔膜的破坏,但实际上,这样的设想并未实现。
有研究显示,通过固态电解质离子通道的锂离子抵达负极时的位置更不均匀,固态电解质与负极界面之间也存在间隙,因此容易造成锂离子的不规则沉积,从而形成锂枝晶。并且在这种情况下,导致锂枝晶出现的电压甚至低于传统的锂电池。
面对这一难题,三星提出了一种三合一的解决方案:
1、银碳复合材料层
三星在硫化物固态电解质与负极材料之间,添加了一层银碳复合材料层。
其充电过程中的工作原理,是在锂离子通过电解质抵达负极最终沉积的过程中,使锂离子与银碳材料层中间的银离子实现结合,降低锂离子的成核能(可简单理解为聚集在一起的能力),从而使锂离子均匀地沉积在负极材料上。
▲银碳复合层(红线部分)在电池结构中的示意图
而放电过程中,原本沉积在负极材料上的银-锂金属镀层中,锂离子完全消失,返回正极,银离子则会分布在负极材料与银碳复合材料层之间,等待下一次充电过程中锂离子的到来。
针对银碳复合材料层是否在锂离子沉积过程中产生了效果,三星团队进行了对照实验。
首先,该团队研究了无银碳复合材料层,负极直接与硫化物固态电解质接触的情况。
当充电率(SOC)50%,且充电速率为005C(034mAh/cm2)时,尽管锂离子在负极的沉积并不致密,但其沉积物较厚且形状随机,具备生成锂枝晶的可能性。
▲无银碳层时锂离子在负极的沉积情况
并且,在10次完整充放电循环之后,该电池容量与初始容量对比出现了大幅下滑,大约在经历了25次充放电循环之后,电池的容量已经下降至初始容量的20%左右。
▲无银碳层电池电量衰减情况
据三星研究团队分析,这种情况很可能是电池内部产生了锂枝晶,导致活动的锂离子数量大幅减少,从而减少了电池的放电容量。
而在存在银碳复合层的情况下,首次充电过程(01C,068mAh/cm2)中,锂离子通过银碳层后,在负极形成了致密且均匀的沉积物。
据三星研究团队推测,银碳层中的银在锂离子经过时,与锂离子进行结合,形成银锂合金,降低了锂离子的成核能,并在抵达负极的过程中形成了固溶体,使锂离子均匀地沉积在负极材料上。
▲银离子在多次循环后的分布情况
而在随后的放电过程中,电子显微镜下的图像显示,锂离子100%返回了正极材料,并未在负极材料中存在残留,这意味着本次充放电的过程中,锂离子几乎没有发生损失,也没有存留沉积,避免锂枝晶的形成。
2、SUS集电器负极
银碳复合材料层很大程度上解决了锂离子不均匀沉积的问题,但为了尽可能减少锂枝晶的形成,还需要对电池中“过量”的锂进行削减。
提出这一说法的原因,是因为三星发现被盛传适合作为高能量密度(3,860 mAh g1)负极材料的金属锂,在固态电池中并不适用。
过量的锂在高电压的作用下很可能会自发聚集,形成锂枝晶。
因此,三星在其全固态电池解决方案中使用了不含锂的不锈钢(SUS)集电器作为负极,作为锂离子的沉积载体和电池的结构体而言,SUS材料的机械强度十分可靠。
并且由于负极材料不含锂,也能够抑制锂枝晶的形成。
3、辉石型硫化物固态电解质
锂枝晶形成的另一处位置是电解质,由于传统电解质锂离子迁移数通常为05,过量放电造成的大量锂离子迁移会使锂离子沉积在离子通道内,在长期的循环中有可能形成锂枝晶。
而三星在全固态电池解决方案中使用的电解质是锂离子迁移数为1的辉石型硫化物固态电解质,其锂离子迁移数较一般电解质更大,不容易使锂离子沉积其中,因此也能够抑制锂枝晶的形成。
通过上述三种方法,三星的全固态电池解决方案有效避免了锂枝晶的形成,在其数千次的循环试验中,采用这一方案的固态电池没有形成锂枝晶。
三、特殊涂料解决阻抗问题 充放电效率高达998%
针对全固态电池研发的另外两个难点——界面阻抗高引起的库伦效率问题、固态电解质与正负极产生副反应的问题,三星也给出了解决方案。
在固态电池中,固态电极与固体电解质之间会形成固-固界面,与传统电池的固-液界面拥有良好的接触性不同,固体与固体之间的直接接触难以做到无缝。即是说,固-固界面的接触面积要比相同规格的固-液界面接触面积小。
根据接触面积影响离子电导率的原理,接触面积越小,界面之间的离子电导率就越低,阻抗也就越大。
而在相同电压下,阻抗越大,电流也就越小,电池的库伦效率就越低。
不仅如此,固态电解质在与活性正极材料接触的过程中,也会产生界面副反应。
根据加州大学圣地亚哥分校的研究成果,正极锂离子脱嵌过程中产生的氧将会与硫化物固态电解质中的锂产生强烈的静电作用,电解质与正极材料之间阳离子的互扩散会形成SEI膜(一种覆盖在电极表面的钝化层),并在反复的循环中出现增厚、阻碍离子运输的现象。
这一现象也会导致电池的库伦效率降低。
为应对上述两个问题,三星在正负电极方面均进行了处理。
在正极方面,三星通过对正极NCM材料涂覆一层5nm厚的LZO(Li2O–ZrO2)涂层,用来改善正极与电解质固-固界面的阻抗性能。
▲NCM正极材料外涂覆的LZO涂层
与此同时,涂覆的LZO涂层阻断了正极材料与硫化物固态电解质之间的副反应,这使得二者间不会出现SEI膜,库伦效率得到了提升,放电容量的衰减也同时被大幅减缓。
在负极方面,硫化物固态电解质通过银碳层与负极间接接触,界面阻抗同样得到了改善,银离子还能够帮助锂离子完成在负极的均匀沉积,阻抗进一步减小。
而三星使用SUS集电器作为负极材料的另一个原因也是因为SUS集电器与硫化物几乎不产生反应,也就是说负极与硫化物固态电解质的副反应的可能性也被断绝。
除此之外,三星所选用的辉石型硫化物固态电解质拥有与一般液态电解质相同的离子传导率(1-25ms/cm),因此,该电解质本身的导电能力就很强,对于提升库伦效率也有帮助。
在三星研究团队1000次的充放电循环中,该套电池解决方案的平均库伦效率大于998%。而在去年7月,我国中科院物理所发表的固态电池解决方案中,其电池的库伦效率大约为938%。
四、三星领先一步 其他玩家仍有五年窗口期
三星的全固态电池解决方案,在一定程度上解决了当下固态电池产业化的三大技术难点。关键技术被攻克,意味着固态电池离产业化更进一步,电动汽车能用上固态电池的日子,也变得更近了。
三星研究团队在论文中直言:“我们研发的全固态电池拥有900Wh/L以上的能量密度与1000次以上的充放电循环寿命,出色的性能使得这套解决方案成为固态电池领域的关键性突破,很可能助推全固态电池成为未来电动汽车高能量密度与高安全性电池的选择。”
但需要注意的是,当一家企业宣布完成前瞻性技术关键难点突破的同时,也意味着该企业的技术壁垒正在建立,其他企业的机会则相应缩小。尤其是在电池这类技术优势大过天的产业中,技术壁垒的突破难度不言而喻。
此前,日本锂电材料商日立化成完成碳基负极技术研发,对我国材料企业的封锁时长达到30年之久。
而三星、LG化学、SKI等企业更是早早布局电池上游的隔膜、电解液、电极等领域,培养了自己的供应商体系的同时,将大量专利收入手中,形成了对其他电池企业的封锁之势。
此次三星率先突破固态电池技术难点,势必也会对其他电池企业进行专利封锁,中日韩等动力电池企业突破固态电池难点的技术路径又少了一条。
这就是三星在固态电池卡位赛中,取得先发优势的结果。
但对于三星而言,先发优势并不意味着胜券在握。固态电池的量产对于三星来说,仍有许多难点。
首先,硫化物固态电解质对生产过程的要求极高,暴露在空气中容易发生氧化,遇水易产生 H2S 等有害气体,生产过程需隔绝水分和氧气。
其次,银碳层的规模化投产需要规模不小的贵金属银的采购,成本颇高。
对于近年来盈利状况不佳的三星电池业务而言,新建产线采购贵金属的成本与固态电池量产后的市场之间形成的投入产出比,值得衡量。
因此,在固态电池的风口还未到来之前(业内认为会在2025年小规模量产),其他动力电池企业仍然拥有一段市场与技术的窗口期,固态电池的第一把交椅目前仍然虚位以待。
在日本,松下已经与丰田结盟,在两年之前拿出了700Wh/L能量密度的固态电池解决方案。
国内宁德时代近日公布的专利则显示,其全固态锂金属电池的能量密度理论上能够超过1000Wh/L,中科院物理所也完成了能将固态电池库伦效率提升至93%以上的材料研发。
美国动力电池初创公司Solid Power得到了现代、宝马、福特等车企的投资,宣布将在2026年量产能够用于电动汽车的固态电池。
可以预见的是,未来五年内,动力电池产业将围绕固态电池这一关键技术打响一场暗战。中、日、美、韩的动力电池企业均已入场布局,准备在固态电池风口到来之时,争抢该领域的龙头位置。
结语:固态电池难点被三星攻克
在此前的固态电池研发中,锂枝晶问题、库伦效率问题与界面副反应问题难倒了众多电池领域的研发团队。
但此次三星通过银碳复合材料与SUS集电器负极,有效解决了锂枝晶形成的问题,LZO涂层对正极的包覆也使得电池系统的库伦效率达到了998%。
可以认为,固态电池技术的关键难点已被三星攻克,固态电池产品距离量产又近了一步。
这一现象意味着在未来五年的时间里,布局固态电池领域的车企、动力电池供应商以及跨界玩家都将顺着这一思路进行研究,推动固态电池领域实现从研发到量产的突破。
综合入局玩家体量、资本助推以及电动汽车产业的需求三点来看,固态动力电池产业的风口或许很快就会到来。
本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。
三星实力比较大。
三星是韩国的知名公司之一,是韩国最大的企业集团三星集团的简称,该集团包括44个下属公司及若干其他法人机构,成长为“世界最受尊敬企业”企业之一的三星在全世界68个国家拥有429个据点23万员工。
业务涉及电子、金融、机械、化学等众多领域。 三星集团成立于1938年,公司最初主要出口朝鲜南半岛的鱼干、蔬菜和水果。
扩展资料:
人工智能:
2018年5月,三星研究院在英国、俄罗斯和加拿大等地陆续开设了三个新的研究中心,加上此前在韩国本土和美国地区所设置的研究院,三星已经在全球范围内布局了五所人工智能研究中心。三星此举正是为了弥补此前在人工智能领域的“颓势”,力争在人工智能平台市场的竞争中占据更加有利的位置。
2018年6月13日,三星宣布在硅谷的三星NEXT业务正式设计了一个新的基金,以投资“解决人工智能问题,并用人工智能解决计算机科学相关问题”的创业公司。
这个被命名为“Q Fund”的基金未设置上限,仅投资种子轮和A轮的初创企业,以期望“投资勇于尝试新方法,为未来人工智能奠定基础的人和团队”。
-三星