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固态电池之优缺点及未来展望

时间:2019-02-27 16:27
        众所周知,磷酸铁锂电池在能量密度方面的提升空间已非常有限,不提升能量密度,就无法提升电动车的续航里程。于是,动力电池的生产企业已经开始由磷酸铁锂电池全面倒向三元锂电池的优化升级,比如调整内部材料的比例、采用新材料替代石墨负极材料、提升隔膜性能等等。但是,从长远来看,这些方式都很难让三元锂电池的能量密度突破300Wh/kg,即便可以,短期内也只是停留在实验室阶段。
那么,这个行业内普遍认同的研发瓶颈出现后,应该如何捅破天花板完成未来目标呢?(2020年350Wh/kg,2025年400Wh/kg,2030年500Wh/kg),下面就轮到固态电池登场了!
        从工作原理上看,固态电池与传统电解液锂电池并无明显区别,他的优势也很容易理解,就是锂离子电池发展的两大重要方向:1.能量密度更高、2.运行更安全。



        首先因为自身结构特点的原因,固态电池可以让更多带电离子聚集在一端,带来的好处是能够传导更大的电流,电池容量便会随之提升。从材料方面理解就更为直观,使用固态电解质的锂电池终于可以摆脱石墨材料的束缚,转而去采用金属锂作为负极。这个看似简单的改变,实际上大幅减少了负极材料的使用量,从而让电池能力密度得到明显提升。一个锂电池就这么大,但是要被隔膜和电解液占据接近七成的质量,这意味着什么?意味着汽车这种每天在路上跑的交通工具,要扛着越来越重的电池包,续航里程的上升曲线到最后只有回归水平一个结果。但是,如果液态电解质被固态结构取代,正负极之间的距离将大幅缩减,甚至只有几到十几个微米,使得整个电池系统的能力密度大大提升。从现在的试验数据看,300-400Wh/kg能量密度的全固态电池已经不在话下,有人预测未来达到900Wh/kg也不是没有可能。


        除了能量密度质的升级,固态电池还有更安全的特点。固态电解质本身是不可燃、无腐蚀、不挥发的,并且不存在液态电解质的漏液问题。此外,由于无需隔膜隔开正负极,所以不会因出现锂枝晶而刺破隔膜导致短路。所以,固态电池可以在更高温(可长期在60-120°C温度下)、更大电流、更高电压下工作,较液态电解质锂电池应用范围更加广泛。
人无完人,任何事物也不可能是完美无缺的,这种有点像BUG的电解液结构难道就没有技术壁垒吗?答案一定是否定的!由于电解质是固态的,内阻较大,所以相对于液态电解质,常温下它的电导率要低不少。当然,也不是所有固态锂电池都解决不了这个问题,但是要以牺牲能力密度为前提,这就形成了鱼和熊掌不可兼得的局面。最后还有一个更为重要的难题:成本,据业内人士介绍,全固态电解质的成本非常昂贵,所以大批量生产会很困难。

        纵然固态电池有着这样那样的问题和壁垒,但不可否认的是,其依旧是未来锂电池研发的最重要方向,没有之一。当然,也许在不久的将来,我们还有更厉害的锂空气电池可选,并且新能源也绝不仅仅是电力驱动一种。如今,在略显激进化的新能源发展道路上,新能源车续航里程固然重要,但安全性才是最需要重视的。


江苏兴云新能源有限公司成立于2015年,拥有“动力系统”的技术领导团队、“锂离子电池”的专业生产制造及“整合系统”的全面服务方案,以新能源产业为主轴,具备了电池包、BMS、动力总成等的研发制造与完整系统整合能力。技术与经营的核心由世界专业团队组成,实现了高安全设计、一致性高、使用寿命长及优质全面系统。

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