固态电池有哪些优势能成为新能源汽车未来的首选?
动力电池是一辆电动汽车的核心部件,直接影响着车辆的续航里程,当下电动汽车普遍采用三元锂电池,根据镍钴锰的比例不同可以分为523型、622型以及811型等,虽然现在能量密度最高的811型电池已经能够达到接近300Wh/kg,但是无法满足电动汽车对于兼顾续航能力和安全性的追求。根据《汽车产业中长期发展规划》和《节能与新能源汽车技术路线图》的要求,在2025年-2030年左右,动力电池的能量密度要达到350Wh/kg,这样才能满足普通电动汽车汽车的续航需求,而三元锂电池现在基本上已经达到极限了,所以固态电池成了很多电池企业的发展方向。所谓的固态电池就是采用固态材料作为电解质的锂二次电池,相比传统的锂电池而言,固态电池主要有两大优势。一:安全性更高传统锂电池是液态电解质,不仅易燃易爆,而且在充电过程中锂枝晶的生长容易刺破隔膜,引起电池短路,造成安全隐患。而固态电池的固态电解质具备不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液、没有锂枝晶等优势,所以固态电池具有极高的安全性。二:能量密度更高由于固态电池使用的是固态电解质,取消了电解质、电解质盐以及隔膜,差不多可以节约近40%的体积和25%的质量。也就是说在相同的体积下,固态电池的容量会更大;相同容量下,固态电池的体积更小。所以更高的能量密度也就意味着更长的续航里程。随着电动汽车的安全事故不断发生,人们对于电动汽车的关注不再仅仅是续航里程以及充电速度了,更多的人开始关注电动汽车的安全性,所以拥有更高能量密度、更高安全性的固态电池自然就被很多人认为是未来新能源汽车的首选。
现在随着新能源汽车不断地发展,新能源电动汽车从最初的几种电池发展到现在基本上都换上了三元锂电池,随着这几年电动汽车的发展三元锂电池在电动汽车上的反响整体来说还算不错,但是作为电动汽车的通病,电动汽车的续航和充电速率仍是让人头疼的问题之一,但是随着美国菲斯科汽车公司发布了一项全新的电池技术——固态电池技术,据说这项电池技术能将电池的充电速度提升,同时续航里程比锂电池高,这项技术一经推出立刻引起了广泛热潮,毕竟续航能力和充电速率问题可是让各大车企大为头疼的问题,但是这项技术的推出可谓是带来了曙光,甚至有希望在未来称为新能源汽车的首选,那么固态电池究竟有什么优势使得它称为未来新能源汽车的首选呢。首先我们从固态电池的材料来,看从固态电池的电解质来说,不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液,同时也克服了锂枝晶现象,安全性更高。固态电池无论是从续航能力上充电能力上还是在安全性上都完胜锂电池,这些优势足以压倒锂电池。但是现在来说固态电池还有许多需要克服的困难,我们不能只看它的优点,至少现在来说固态电池并不具备完全压倒锂电池的能力,因为它的缺点同样很多,首先还是材料问题,虽然从固态电池的电解质来说,它不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液,还克服了锂枝晶现象,但是它也因为缺少液体的浸润,对于内部的电极材料金属物质的材料就变得尤为关键,需要更精致的材料来承载电流,而且固体材料导电性毕竟比不上液体的导电性。所以对材质的要求就更加高了,这就造成了昂贵的造价,固态电池想要在未来成为首选,必然是需要考虑到多方面因素,价格、性能都是需要考虑的问题,如果能够做到真正的物美价廉在未来成为新能源汽车的首选必然不是问题。
目前看固态电池解决的能量密度比和安全的矛盾,使得动力电池的安全等级达到了新的高度。动力电池系统的易燃物是电解液,它与正极材料遇到高温时会分解生产氧气和由于内短路、过充都会产生高温火源,密封在同一密闭容器环境下,很容易导致事故。固态电池没有电解液,以固态电解质替代电解液,从而根本解决动力电池易燃的安全隐患。新能源汽车安全事故中,电池自燃占比31%。自燃的原因是锂电池发生内部或者外部短路后,短时间内电池释放出大量热量,温度极剧升高,导致热失控。使用固态电池可以根除这些自燃事故。钴酸锂的电解质溶液可以充电到4.45V,三元材料可以充电到4.35V,继续充到更高电压, 液态电解液会被氧化,正极表面也会发生不可逆相变。而固态电解质的充电可达到5V,更加适应于高电压型电极材料。随着正极材料的持续升级,固态电解质能够做出较好的适配, 有利于提升电池系统的能量密度。固态电池对于能量密度的提高会成为电动汽车发展历史上的转折点,从它应用的那天起,电动汽车取代传统燃油汽车的革命正式拉开帷幕。固态电池主要在于电解液的革新,正极与负极可继续沿用当前体系,实现难度相对小。锂金属负极兼容,通过固态电解质实现。锂金属负极更易在固态电解质平台实现。固态电池作为距离我们最近的下一代电池技术已成为科学界与产业界的共识。固态电池体积更小,另一大优点是相对于目前三元锂电池的充电倍率可明显改善。试想一下一辆电动汽车电池重量减轻20%,体积较小25%,能量密度增加50%,快充速度提高1.5倍。从此不再担心自燃安全问题,那么是不是电动汽车已经全无痛点了呢?这就是固态电池将会带给我们的全新未来。
说起新能源汽车,首先被想到的还是电动汽车的,但是其续航里程短和充电时间长,一直就像是达摩克利斯之剑,悬在了很多电动车车主,甚至是潜在消费者的头上,虽然续航里程每年都在提高,也依然不能让消费者放心,毕竟在实际使用中,因为驾驶习惯和其它方面的因素,续航都会出现不同程度的缩水。很多消费者就把目光转到了氢燃料电池上,但是今年也发生了多起氢燃料爆炸的事故,虽然跟车无关,但是氢气的运输和传输也存在很大的隐忧,加上加氢站建设非常缓慢,所以短期内还看不到未来。但是最近固态电池被很多车企和动力电池供应商所重视,纷纷开启了研发,并且投入了大量的资金,原因无它,就是因为固态电池能很好的弥补现在液态电池的短板。原因在于,现在电动汽车搭载的动力电池,不管是磷酸铁锂还是三元锂电池,都是使用了有机电解液,所以动力电池组可以做成软包结构,但是发热问题难以解决,在高温下容易产生爆炸,而且能量密度上限有限,虽然现在主流的三元锂电池能量密度比起磷酸铁锂已经高了不少,但依然不能满足需要。但固态电池使用了固态电解质,取代了有机电解液,不仅体积可以做的更小,而且也不会发热严重的问题,能量密度上限更高,是三元锂电池的好几倍,也就是说,搭载同样重量的电池,固态电池的续航会比三元锂电池多几倍,比燃油车的续航还长,再也不担心续航,可见固态电池是新能源汽车,或者说是电动汽车的救命稻草。而一向对新能源汽车非常重视的日本,对固态电池的态度很积极,正在努力扶持车企研发固态电池,早在2018年,日本*就颁布了要在2018-2022年的5年时间里,投入100亿元进行研发,产生规模化效应降低生产成本,从而挽回在锂电池上的劣势,重新取得领先。
传统的液态锂电池又被科学家们形象地称为“摇椅式电池”,摇椅的两端为电池的正负两极,中间为电解质(液态)。而锂离子就像优秀的运动员,在摇椅的两端来回奔跑,在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中,电池的充放电过程便完成了。固态电池的原理与之相同,只不过其电解质为固态,具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端,传导更大的电流,进而提升电池容量。因此,同样的电量,固态电池体积将变得更小。不仅如此,固态电池中由于没有电解液,封存将会变得更加容易,在汽车等大型设备上使用时,也不需要再额外增加冷却管、电子控件等,不仅节约了成本,还能有效减轻重量。固态电池可能是未来电池技术的发展方向之一,但也许不是最好的。”上述新能源生产企业的技术人员称,“包括燃料电池、超级电容器、铝空气电池、镁电池在理念上都有较大的发展空间,而最终,要看哪种路线发展更快、更接地气。”所谓接地气,就是在商业化的规模和成本方面都能达到完美的平衡点。首先,使用的材料必须不能是高成本且稀有的。其次,要在各个行业和领域都有实现大规模应用的可能。
由于在安全性、可靠性、能量密度、循环寿命等多方面性能优势明显,固态电池被业内认为是较为理想的下一代电池技术体系。固态电池即电解质采用固态材料的锂二次电池,它与传统锂离子电池的区别在于以固态电解质替代了传统锂离子电池的电解液、电解质盐、隔膜。总体来说,固态电池拥有两大优势。一是安全性高。传统的锂离子电池在过充或是内短路的情况下易导致电解液发热,进而有自燃或者爆炸的危险性;固态电池由于是固态电解质,不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液,安全性相比传统锂离子电池要高许多。第二个优势是能量密度高。由于固态电池使用的是固态电解质,因此无需隔膜与电解液,可以节约近40%的体积和25%的质量。