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什么是“固态电池”?

2021-10-29 15:14:50

固态电池被誉为动力电池里的黑科技,它可以让电动车的续航翻一番,现在能跑350公里的新能源车用上固态电池以后能跑700公里。这样的前景无疑是很诱人的,各大公司不仅大力投入研发,更推动固态电池的商业化。想要尽早抢占市场。尽管竞争激烈如火如荼,但业内人士为固态电池热泼了一盆冷水降温:固态电池仍有许多难题有待解决,产业化进程还有很长的路要走!

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一、黑科技固态电池发展现状介绍

大众汽车集团预测,如果全部使用固态电池,公司电动汽车车型“e-Golf”的续航里程可以从现有的300公里增加到750公里。固态电池技术是该公司之下一个竞争高地。世界各地的许多汽车公司、动力锂离子电池公司和科研机构都致力于固态电池的科学研究。宝马集团早在2017年就与solidpower联手开发固态电池;丰田是晚期使用固态电池的汽车公司,预计将于2022年推出配备固态电池的车型;今年年初,戴姆勒宣布与加拿大魁北克水电公司合作开发固态电池技术。一旦固态电池达到批量生产状态。自2017年以后,日本投入大量研发资金开发之下一代固态电池。美国和欧洲也在全面发展。虽然中国电池产业在这一领域取得了暂时的优势,但国际竞争压力巨大,需要竭尽全力追赶固态电池等尖端技术。在国内,宁德时报和北京卫星蓝等公司处于研发的前沿。汽车制造业的新锐力量天际汽车于2019年初推出了首款配备固态电池的me7原型车,并宣布将于2021年实现量产;近日,和中公司与青岛能源达成全面深入合作,共同推动固态电池研发与应用。合众公司研发总监王克峰透露,合众的第二辆量产车“哪吒u”将成为世界之上第一辆配备固态电池的量产车。目前,双方已进行了近两年的联合研发和测试,计划于10月向工业和信息化部申请公告,年底后批量生产500台。随时准备颠覆现有的产品体系,


二、固态电池有望解决动力锂电池两大痛点

公司之所以推出固态电池,是因为它有望解决困扰动力锂离子电池行业的两大挑战——潜在的安全隐患和低能量密度。顾名思义,所谓的固态电池是一种使用固体电解质的锂离子电池。就工作原理而言,全固态电池与传统的锂离子电池没有什么不同。传统的锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液组成。电解液之中含有易燃的有机溶剂。当外部短路时,温度突然升高容易引起燃烧甚至爆炸。固体电解质材料具有不燃、不腐蚀、不挥发、不漏液的特点。用固体电解质代替电解液具有较高的安全性。此外,全固态电池采用金属锂作为负极,电池能量密度有望达到300-400whkg甚至更高。业界普遍认为,全固态电池有望成为下一代动力锂离子电池的技术路线。近两年来,动力锂离子电池的技术路线日益多样化。宁德时报推出了CTP技术,比亚迪宣布了刀片电池,蜂窝能源也推出了首款无钴电池。相关技术储备间是否存在冲突?“叶片电池和CTP技术只是做了一些结构优化,这与固态电池的发展并不矛盾。”中国化学和物理电力工业协会秘书长刘延龙告诉记者。事实上,固态电池的研发已经上升到国家战略层面。2019年12月,工信部发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》(征求意见稿)对提高技术创新能力提出了要求,包括“加快全固态动力锂离子电池技术的研发和产业化”. 华晶工业研究院认为,固态电池等新技术革命正准备颠覆现有的整个产品体系框架。随着研发和工业技术的不断发展,未来几年固态电池产品市场将迎来蓬勃发展的机遇。许多技术问题需要解决。“现在的固态电池是为了解决电动汽车的安全问题,添加了一部分固态电解液。其中大部分是对现有锂离子电池技术的改进,属于半固态电池。”刘延龙告诉记者,全固态锂离子电池是一种固体电极材料和固体电解质材料,锂离子电池不含任何液体。“固态电池”不同于“全固态电池”,但还有很长的路要走。刘延龙介绍,目前在电解液导电性、金属锂塑性、界面相容性等方面还存在技术问题。例如,在与电极的接触之中,液体电解质可以最大程度地与电极接触,而固体电解质与电极间难以完全配合,电导率低于液体电解质;在频繁的充放电过程之中,各种材料的体积会膨胀和收缩。如何保证电极结构的稳定性需要进一步研究。考虑到全固态电池所面临的实际问题以及业界对高安全性和高能量密度动力锂离子电池的迫切期望,半固态电池已成为目前一种务实的选择。电池结构设计正逐步从减少液体的使用转向全固态无液体电池。刘延龙承认,从理论之上讲,全固态电池是动力锂离子电池的一个发展方向,但目前还没有制造出全固态电池用以测试其全生命周期的竞争力。“全固态锂离子电池能否真正解决锂离子的本质安全问题,需要更广泛、更深入的研究和数据积累。”他认为,只有在安全性、能量密度、循环寿命和成本接近甚至优于现有锂离子电池的情况之下,所有的固态电池都有工业化的基础。刘延龙认为,要在短时间之内实现所有固态电池的工业化是很困难的,至少要到2030年左右。“所有固态电池必须首先制造,应用于小电流电子产品,然后逐步应用于大电流和高速率电动汽车。”


固态电池不愧黑科技之名,它不仅能量密度大寿命长,续航里程长还安全。但目前来看,固态电池取代锂动力电池,还不是一朝一夕的事情,它距离大批量的产业化、商业化还有相当的时间需要等待。


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