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后鋰電時代的下一個突破點會是什么

鉅大LARGE  |  點擊量:590次  |  2022年08月09日  

后鋰電時代(BeyondLIB)有兩個耀眼的“新星”,它們就是Li-S和Li-Air電池。其實它們都老掉牙的體系,只是近些年又被重新包裝熱了起來。國際上Li-S電池做得比較好的是美國Polyplus、SionPower和德國BASF,目前單體電芯的能量密度可以達到400Wh/kg以上的水平,但循環性還遠不能滿足實用要求,并且自放電比較嚴重倍率性能也比較差。Li-S電池必須解決金屬鋰負極問題,否則Li-S電池就基本上喪失了高能的優勢。


再加上Li-S電池獨有的“多硫離子穿梭效應”,筆者并不認為Li-S電池在電動汽車上會有實際應用的可能性,未來Li-S電池在特種和野外這樣一些小眾的特殊領域可能會有一定的應用前景。至于Li-Air電池,它的的思路和出發點和鋰硫并不一樣,它屬于空氣電池的范疇。


在筆者個人看來,金屬-空氣電池特別是二次金屬-空氣電池,實際上是把二次電池和燃料電池兩者的缺點有機地結合在一起,并且放大了缺點,基本上不具備商業化價值。


筆者個人認為,鋰電的下一個突破點可能在于全固態鋰離子電池,而非當前炒作得很熱門的Li-S和Li-Air電池。由于采用金屬鋰做負極,全固態鋰離子電池的能量密度相比于當前的液態鋰離子電池會有較大的提升,筆者估算全固態鋰離子電池的實際能量密度可以超過350Wh/kg的水平。良好的安全性則是全固態鋰離子電池的另外一大優點。


但是,由于固體電解質中離子傳輸的速度較慢,并且固體電解質和正負極材料界面的電阻很大,這兩個基本特征決定了全固態電池的倍率與性能必然是其短板。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

而當前的動力電池,哪怕是用于EV的容量型動力電池,1C充放也是最基本的倍率要求,就更不必說PHEV和HEV動力電池對倍率的要求了。另外,全固態電池的循環性和溫度性能仍然面臨很大挑戰。


因此筆者個人認為,全固態鋰離子電池將來有可能在3C小型電子設備上獲得實際應用,大型動力電池也許并不是其適用領域。根據當前國際上全固態鋰離子電池的研究和發展狀況(日本在該領域居于領先地位,而我國在全固態鋰離子電池研究領域比較薄弱),筆者不認為在未來10年之內全固態鋰離子電池有大規模商業化的可能性。


筆者這里要強調的是,對于鋰電而言這幾個主要的技術指標實際上具有“蹺蹺板效應”,按起葫蘆浮起瓢,某一個指標的提升往往是建立在犧牲其它指標基礎之上的。


對于大容量動力電池而言,提升能量密度往往意味著犧牲安全性、循環和倍率性能,這都是很好理解的。事實上國際電動汽車界普遍認為,動力電池能量密度的提升必須綜合兼顧多方技術指標,從而達到電池系統綜合性能的均衡和優化,而不是冒著安全風險一味來提高電芯能量密度。

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