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        探秘黑科技丨固態電池真有這么神?

        • 2021-03-02 08:49
        • 來源:電車資源 大師兄

        摘要:進入2021年,“固態電池”這一新詞匯突然闖入大家的視野中,因其具有性能好、續航長等優勢,許多車企、電池廠家、甚至整個新能源行業都視其為下一代電池技術。

        【電車資源 技術頻道】動力電池作為純電動車上最核心的部件,其技術發展一直是行業、用戶關注的焦點。進入2021年,“固態電池”這一新詞匯突然闖入大家的視野中,因其具有性能好、續航長等優勢,許多車企、電池廠家、甚至整個新能源行業都視其為下一代電池技術。不過,目前大多數人對于固態電池的認識并不多,它的出現能否真正解決安全性問題和里程焦慮?接下來我們就來聊聊。

        ● 了解什么是固態電池

        眾所周知,現在的純電動汽車采用的電池無非是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池,而兩者的工作原理是相同的,固態電池也不例外,都是鋰離子在電池的正負兩極之間反復轉移,從而實現充放電功能。

        探秘黑科技丨固態電池真有這么神?

        不同的是固態電池的電解質是固態,而傳統鋰離子電池的電解質卻是液態,后者電池主要由正、負材料、電解液以及隔膜組成,正、負材料決定了電池的容量,電解液及隔膜作為傳輸鋰離子的介質,固態電池的固態電解質則替代了傳統鋰離子電池中的液體電解質和隔膜。

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        由于固態電解質結構簡單且具有較好的絕緣性,因此固態電池可以避免短路之后的熱失控問題,安全性和穩定性更高。當然,很多人認為固態電池的電解質都是固態的,但事實上固態電池只是一個電池類型的統稱。

        探秘黑科技丨固態電池真有這么神?

        如果按照液態電解質的含量來細分的話,固態電池主要可分為三種:全固態(不含任何液態電解質)、準固態/類固態(液態液態電解質質量百分比小于5%)、半固態(液態電解質質量百分比小于10%)。

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        比如今年蔚來日發布的電池容量為150kWh電池包,該電池雖然采用固態電池技術,但并非全固態電池,因為還是含有液態電解質。而全固態電池還可分為“全固態鋰一次電池”和“全固態鋰二次電池”,后者則是行業重點研究的方向。

        除此之外,根據固體電解質材料來分,固態電池可分為硫化物、氧化物、聚合物三種體系,不同的電解質材料各有其優缺點,不過目前國內多數固態電池廠家走的是氧化物路線,優點是電解質化學穩定性高。

        ● 固態電池有哪些優勢?

        一直以來,對于傳統(液態)鋰離子電池而言,要實現高能量密度和安全性兼得幾乎是不可能的,這兩個問題就像一個無解的矛盾。而固態電池作為一種新型電池,突破了能量密度和安全性的雙重限制。

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        首先,固態電池能做到更高的能量密度,目前液體鋰離子電池的電池能量密度最高可至300Wh/kg,而固態電池沒有電解液和隔膜,大幅度減小了固態電池的質量,同時直接使用金屬鋰來做負極,進一步減輕負極材料的用量,提升整個電池的能量密度,理論上固態電池的能量密度可以輕松做到400Wh/kg,甚至有望達到500Wh/kg。

        探秘黑科技丨固態電池真有這么神?

        現在主流的NCM811電池的系統能量密度大約在170-180Wh/kg,固態電池的能量密度是三元鋰電池的兩倍以上。而能量密度是影響純電動車續航里程的關鍵因素,也就是說,搭載同樣重量的電池,固態電池可以比三元鋰電池增加一倍的續航里程。

        探秘黑科技丨固態電池真有這么神?

        在保持、甚至提升能量密度的同時,固態電池將安全性問題也一并解決了。由于固態電解質絕緣性好,不可燃、不揮發,即便發生了形變,也不會導致電解質外漏,再加上目前固態電池擁有更寬的溫度工作范圍,所以安全性相比傳統(液態)鋰電池有了質的提升。

        ● 固態電池為何沒能量產

        探秘黑科技丨固態電池真有這么神?

        盡管固態電池看起來前景廣闊,但現階段仍有難以逾越的技術阻礙。固態電解質在帶來安全性與穩定性的同時,也由于與正、負極材料之間是固-固接觸的狀態,無法像液態一般滲透到電極的各個角度,這就導致電極與固體電解質之間的有效接觸面積較小,同時界面電阻非常高,導致鋰離子的傳輸效率大大降低,因此電導率要比液態電解質低10倍以上,難以實現大功率快充。而國內有些電池廠商為了提高電導率,加入了少量液態電解質,使得這種固態電池變成類固態電池。

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        當然,擺在車企、電池廠商面前最大的問題也許還是固態電池的成本,這點主要是因為固態電池目前并沒有完善的產業鏈來作為支撐,同時原材料成本昂貴,對生產工藝和生產設備的要求也有著更高的要求。

        ● 寫在最后

        固態電池,作為一種新興電池技術,雖然尚未用于量產車中,但其擁有更高的能量密度和更好的安全性,這些恰好是傳統鋰離子電池難以避免的“痛點”。當然,現階段固態電池技術仍有一些不可忽視的短板,不過隨著技術的不斷突破,相信固態電池距離大規模商用只是時間的問題。

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