【車叔課堂】取代傳統鋰電池的理想產品?固態電池瞭解一下

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直到現在,人們對電動汽車的顧慮依然存在,主要體現在里程焦慮和安全焦慮。目前,電動汽車主要裝載三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池,業界主流觀點認為,鋰電池的能量密度已經達到極限,熱失控問題也很難從根源上解決。

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鋰電池的工作原理並不難理解,其依靠鋰離子在電池正負極之間的反覆轉移,來實現充放電。在此之中,由於液體電解質中含有易燃的有機溶劑,當系統發生短路時,電池就可能出現自燃甚至爆炸等失控情況。而且,液體對溫度的變化天然敏感,電池的工作效能自然容易受氣溫影響。

那麼,我們換一種思路,電解質不是液體,換成固體行不行?

優點多多的固態電池

固態電池的第一大優點就是安全。理論上,電解質可以在固體上傳導,此時也沒必要設定電解液、隔膜,結構更加簡化,能有效規避正負極接觸導致的短路,並且無漏液、絕緣性好、無腐蝕性,安全性大大提升。當然,要實現起來,肯定不是直接更換電解液那麼簡單,固態電池依然需要正負極材料,其會根據化學特性重新匹配。

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固態電池的能量密度還更高。此外,由於固態電池沒有隔膜和電解液,也節省了近40%的體積和25%左右的質量,從而能放入更多各類材質。根據專業人士的說法,同樣選擇鋰作為介質,理論電池比能量有望達到500Wh/kg。

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(電解液中的物質難免會刺傷隔膜)

固態電池還更不易衰減。對於傳統鋰電池,液體電解質在充放電過程中,介面膜、鋰枝晶會刺穿隔膜,一旦換成固體電解質,就從根本上解決這些問題,從而大大提升使用壽命。還有,電解質是固體而非液體,使得電池包的形狀不再受限,也能更好地抵抗溫度變化。

這麼說起來,固態電池哪兒哪兒都好,幹嘛不大力推廣呢?

固態電池現階段還不實用

電解質一旦從液體換成了固體,那麼電解質和電極材料的接觸便從“液—固接觸”變為“固—固接觸”。因為液體才能更充分地包裹固體,這就意味著,電極與電解質的有效接觸面積變小,鋰離子的傳輸效率變低。有研究表明,固體電解質的傳導效率比液體電解質低10倍以上,這是決不能容忍的。

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你想想,有時候急踩油門,需要電池大功率輸出,可此時電解質傳導效率跟不上,容易出現供電不足。固態電池即便有這麼多優點,也會被“一票否決”。當然,往長遠看,固體電池電導率低的缺陷在技術上可以攻克。

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放眼業內,固態電池技術還處在研發階段,沒有形成成熟的產業鏈,產品造價高昂,工藝也有待改進,未滿足大規模量產生產、商業普及的條件。

固態電池前景可期

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如今,固體電池已經明確為傳統鋰電池的替代品、升級版,各國政府、各大車企也在積極佈局。其中,豐田、松下等公司和日本數所大學聯手開發硫化物固態電池,預計到2025年和2030年,硫化物固態電池在日本汽車市場的滲透率將分別達到50%和95%,豐田一家更是擁有一千多項固態電池相關專利,走在行業前列。

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近期,我國《新能源汽車產業發展規劃》中明確固態電池為國家級戰略研究方向,研發工作主要依託中科院,寧德時代、比亞迪等各大電池製造商也在積極跟進。另外,固態電池的商業前景非常可觀。知名商業諮詢公司SNE Researchd釋出的研究報告指出,到2025年,全球固態電池市場規模有望達到60億元,中國市場將佔據半壁江山,2030年全球固態電池需求有望接近500GWh,成為未來電動汽車上的主流電池。

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就論當下,此前蔚來就打出過固態電池的噱頭,根據蔚來的計劃,容量達到150kWh的半固態電池將於2022年第三季度搭載在ET7車型上,幫助該車NEDC續航突破1000km。面對媒體的質疑,蔚來方面立馬澄清是“半固態電池”,電池還是需要電解液和隔膜的。車叔相信,續航誘人、安全性讓人放心的固態電池商業化推進速度會比我們想象中更快。

車叔結語

可以這麼說,固態電池的技術路線完全正確,比氫燃料電池更具落地性。其中的技術障礙,絕不至於堅不可破,請給足科研人員時間。畢竟,固態電池的商業需求強烈,也受到了社會各界的認同和支援,近乎是“必成”的專案。車叔預計,在剛開始的推廣階段,固態電池成本偏高,導致整車售價偏高,也會有部分消費者買單,其市場比重會有一個爬坡的過程。

今天車叔就跟大家聊到這兒了,歡迎車友們在評論區留言,一起交流、探討。

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