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动力电池“革命”真的会来吗?固态电池离我们有多远

时间:2020-12-24 15:44:27人气:作者:

传统的液体锂电池不会成为动力电池的技术终点,固体电池是后锂时代的必由之路,这早已是业界共识。我们期待的动力电池技术革命似乎即将到来。然而,最“可靠”的固态电池仍然充满技术挑战。

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我们今天之所以选择这样的话题,也是因为网友的一句话。现在,新能源汽车采用动力电池,永远无法完全解决安全、电池老化、寿命短的问题。一直流传下来的神奇固态电池有什么优点?为什么现在实现不了?本着给网友答疑解惑,回炉学习的精神,来说说为什么比传统液态锂电池更好的固态电池没能落地?

固态电池是谁?

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首先,在谈固态电池的优势之前,我们应该先问一下是谁。所谓固态电池,字面上可以理解。固态电池将液体电解质转变为固态,其固态电池多指固态锂电池。众所周知,传统的锂电池是由正极、隔膜和负极组成,然后填充电解液,而固体锂电池简单的说就是电池中没有气体或液体,所有的材料都是以固体的形式存在,隔膜和电解液都被固体电解液代替。

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目前主流的固体电解质分为聚合物、氧化物和硫化物。近日,【/s2/】丰田【/s2/】公开表示,将于2021年正式展示固态电池及相关技术。丰田采取的技术路线是使用硫化物作为固体电解质。可以说这种固体电解质的各项参数都不错,其他汽车公司也在进一步开发固体电池。

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【/s2/】固态电池有什么优点?

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首先,固态电池在一定程度上解决了电池续航问题。目前量产电动车所用动力电池能量密度最高的是特斯拉所用的21700 NCA三元锂电池。电池的能量密度高达260Wh/kg,镍钴铝比为8:1.5:0.5,但业界普遍认为三元锂电池的能量密度可达300Wh/kg,最高可达400Wh/kg。固态电池提供的能量密度可以达到传统锂电池的两倍左右。同时,电池的设计自由度增加,同样容量的电池变得更轻。毕竟电池的续航能力才是新能源汽车的寿命。

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相反,新能源汽车用的三元锂电池和比亚迪带来的磷酸铁锂叶片电池,能量密度更强,但安全性和寿命都低于叶片电池。而目前量产的叶片电池能量密度仅为140Wh/kg,体积能量密度为230 Wh/L。

而且固态电池的物理性能也非常明显。首先是体重问题。锂可以直接用作负极,从而减少负极材料中使用的材料。另外,可以通过包装、冷却系统、收缩空等方式减轻电池重量。在理想状态下,固态电池的充电循环次数可以达到45000次左右。

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值得注意的是,固态电池使用的固体电解质存在不燃、不挥发、不腐蚀、不漏液的问题,固态电池在高温下不会着火。因此,可以在一定程度上成功避免传统锂电池面临的各种安全问题。

同时,固态电池似乎也能解决目前电动汽车常见的充电时间和充电效率问题。特斯拉,目前第一款搭载三元锂电池的代表车型,可以说充电速度比较快。例如,根据模型3,测量的快速充电时间为0.65小时。但是相对于固态电池,充电只需要十分钟左右,这是新能源汽车的一个重要转折点。但目前行业内对能否实现快速充电仍有疑虑。

总的来说,固态电池和传统锂电池在工作原理上没有区别是肯定的。但固态电池的优势在一定程度上解决了三元锂电池、磷酸铁锂等目前主流电池的一些技术瓶颈,为下一代锂电池技术提供了有力的技术支撑。然而,固态电池虽然在如今的汽车公司眼里作为“宝贝”存在,但它也有一些技术难点,使得它在这么长的时间内无法成功着陆。

固态电池也有“bug”!

目前全固态电池在技术上需要解决三个难题:第一个是离子电导率:(电导率是用来描述物质中电荷流动难易程度的参数。在电池中,电解液的作用是在电池充放电过程中,为正负电极之间的锂离子建立一个传输通道,从而实现电池内部电流的传导。决定锂离子能否顺利输运的指标叫做离子电导率。)

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上面提到的固体电解质的三种分类体系,但是综合来说,无论是哪种聚合物体系,其离子电导率都比液体电解质低很多,两者最大的区别就是一种液体导电,另一种是固体导电,所以锂离子的通过率在一定程度上决定了阳极和阴极之间的输运的通畅性。

第二点是固体电解质与正电极和负电极是固体对固体的接触。接触面积小,紧凑型差很多。目前大多数产品还需要加入液体电解质,以缓解界面阻抗,并在一定程度上增加电导率。

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第三点是成本问题。因为现在固态电池技术很难,生产效率很低,导致成本很高,大约是三元锂电池的几倍,无法大规模应用。也是固态电池的一大缺点,因为电动车不是顶级超跑,而是未来的主流车型。

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国家评论:

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目前,固态电池还没有实现大规模生产和应用。一切都只是初步实验阶段,没有大规模商业化。固态电池可以说有它的优势,但是最大短板价格和本质技术难点还没有解决。然而,对于这一全新的产品,有丰田汽车、LG化学、三星SDI,以及宁德时代、郭萱高科技、蜂巢等锂电池公司都在参与固态电池的研究

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目前,丰田和大众是固态电池布局的顶级车企;国内表现最暴力的是郭萱高新,2022年开始固态电池技术迭代升级,生产高安全性固态电池,2025年生产能量密度超过400Wh/kg的全固态电池。我们拭目以待。

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