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固態電池將是新能源汽車的主流應用方向?

鉅大LARGE  |  點擊量:771次  |  2023年01月03日  

固態電池是一種電池科技。和現今普遍使用的鋰電池和鋰離子聚合物電池不同的是,固態電池是一種使用固體電極和固體電解質的電池。由于科學界認為鋰電池已經到達極限,固態電池于近年被視為可以繼承鋰電池地位的電池。固態鋰電池技術采用鋰、鈉制成的玻璃化合物為傳導物質,取代以往鋰電池的電解液,大大提升鋰電池的能量密度。


固態電池的概念早在上世紀70年代就已經出現了,在1991年左右固態電池實現了商業化,目前耳機中所使用的微型鋰電池就是一種固態電池。當時的固態電池以薄膜電池形態出現,而當時其未獲普及的原因是因為固態薄膜電池存在著容量小,成本高等缺點,但它能進行商業應用,也證明了固態電池技術還是具有可行性。


隨著新能源汽車以及物聯網等新興應用的逐漸普及,尤其是新能源汽車,它關于續航里程、安全性、充電時間等方面都有著較高要求,電池成為關鍵中的關鍵。而隨著傳統液態鋰電池不斷接近其應用極限,固態電池逐漸進入公眾視線。


傳統液態鋰電池因為其充放電原理被科學界稱為搖椅式電池,搖椅兩端為電池的正負兩極,中間為液態電解質。鋰電子在搖椅兩端來回運動,在鋰電子從正極到負極的過程中,完成了電池的充放電。而在這一過程中,存在著諸多安全隱患,如過度充電,電池容易發熱,造成電解液氣脹、分解、自燃甚至爆炸等情況。固態電池的充放電原理和液態電池相同,唯一不同的是它的電解質為固態,它相關于液態電解質擁有諸多優勢:


1)能量密度高。固態電池采用固態電解質后,就不要使用嵌鋰的石墨負極,而是直接使用金屬鋰作為負極,這樣可以減輕負極材料的用量,從而提高整個電池的能量密度。

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

2)體積小。傳統液態鋰電池中的隔膜和電解液占據了整個電池質量的將近25%,采用固態電解質后,正負極之間的距離可以縮短至最小的十幾微米,這樣電池的厚度和質量都大大下降了。


3)更高的安全性。傳統電池因為電解液為液體,在高溫狀態下可能會發生上述描述過的一系列安全隱患問題,而固態電池卻不存在這些問題,具有更高的安全性。


近日,有多家媒體報道稱,蔚來即將公布的150kWh電池包不再采用行業主流的液態鋰電池技術,而是固態電池技術,最早明年上車。目前已有多家車企布局固態電池,比如豐田、大眾、寶馬分別提出了2022年、2025年以及2026年推出搭載固態電池電動汽車的目標。


不過要注意的是,固態電池并非完美,缺點也很明顯,例如采用固態電解質和電極之后,要直接面對導電率低的問題,同時,電解質和正負極材料的集成、生產技術和工藝等都是挑戰。

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