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固态电池的未来到了?

作者 威利斯, 2022-1-14

2021年1月9日蔚来举办的(NIO Day 2020)发布会上,在轿车ET7抢眼的各种性能中,其搭载150KWh固态电池,将电动汽车的续航里程提升到1000公里。如果能实现,对于新能源动力变革来说,无疑是一个里程碑。那么引发市场变动,被誉为动力电池下一发展方向的固态电池到底是什么?技术上存在哪些阻碍?

什么是固态电池?

目前市场上的锂离子电池是由正极、负极、隔膜、电解液、结构外壳等部分组成的,其中锂离子通过液态电解液在电池内部进行离子传导来实现充放电,所以目前的锂离子电池也叫做液态电池。与液态电池对应的就是固态电池,也就是电池内部隔膜和电解液更换成固态电解质。目前市面上还是以锂离子电池为主,所以本文将以“全固态锂离子电池”作为“固态电池”的代表进行讨论。

固态电池优点

固态电池能够引爆市场,且被称为动力电池下一方向,是因为它存在以下优点:

优点一:能量密度高。固态电池在理论上可达到700Wh/kg,液体电池在100-220Wh/kg。根据《中国制造2025》要求动力电池能量密度2025年要达到400Wh/kg2030年要达到500Wh/kg,这是目前液态电池无法达到的。当然理论数据不足以支撑现实,媒体容易夸大事实。蔚来推出的是360Wh/kg,如果能实现量产已经是重大突破。

优点二:安全性。这是谈到锂离子电池不得不提的性能,2020下半年宁德时代和比亚迪就电池安全性方面展开激烈的争论,这种热度下反应的就是大众对于安全性能的关注。固态电池因固态电解质存在,正负极之间难以短路,在安全性方面有着绝对的优势。

优点三:柔性化。可穿戴数码设备是下一代电子产品发展方向之一,全固态电池因其能量密度高,意味着重量更轻、体积更小,且安全性能高可弯折,因这些特性全固态电池将有更高的应用场景和发展前景。

固态电池存在问题

问题一:目前无法实现快充。全固态电池因使用固态电解质导致电导率比较低,在高倍率充放电过程中内阻比较大,压降大,所以电池倍率性能不佳,电池快充成为难点。

问题二:低温性能差。我国幅员辽阔,纬度跨度比较大,温度差异大。全固态电池在低温下内阻更大,电池性能明显下降,这对电动车来说是致命的缺陷。

问题三:工艺复杂。全固态电池目前的三种技术分别为氧化物电解质、聚合物电解质、硫化物电解质。

三种技术的难题依然是正负级与电解质之间接触面处理。

蔚来三大技术简析

原位固化固液电解质:“原位固化”是一种工艺技术,主要讨论还在“固液”上。“原位固化”是先使用液态电解质,再引发聚合反应将液态逐步固化成固态。这里蔚来有个小聪明,他们推出的电池应当是半固态电池,而不是全固态电池。半固态电池,通常是一侧电极采用固态电解质,而另一侧电极仍用液态电解质。

无极预锂化硅碳负极:此固态电池负极采用的是“硅碳”,硅碳负极在电池预充之前是没有锂离子存在的,通过循环将锂离子镶嵌在负极材料中,并形成SEI膜,消耗正极材料中的锂离子,这里的容量损耗是不可逆的。“预锂化”就是提前在电池负极材料中镶嵌锂离子,降低锂离子消耗。硅碳负极比传统的石墨负极拥有更高的能量密度,但是同样天花板不可忽视,在300Wh/kg

纳米级包覆超高镍正极:三元体系材料中,镍含量越高,电池能量密度越高。高镍带来体系的不稳定性,在高镍外包覆一层导电性好的碳材料,提升正极材料的导电性,纳米级的包覆将锂离子的脱嵌影响降到最低。

结语

我们要正视目前固态电池所存在的问题,同样对其发展前景充满希望。但是在真正颠覆技术出现之前还是要做到冷静旁观,不要随着媒体的夸大跟风,至于此次是技术革命还是技术升级,我们自然是希望蔚来供应商掌握了固态电池商业化的方式,毕竟电动化的发展是势在必行的。

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