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固態電池有哪些顯著優勢?

鉅大LARGE  |  點擊量:372次  |  2019年12月05日  

摘要
日前,一條充電1分鐘,續駛800公里的消息吸引了業界的眼球,把人們的視線聚焦到了固態電池上。雖然這條由菲斯克公司所披露的消息仍然有很多值得商榷之處,但至少說明固態電池優

日前,一條充電1分鐘,續駛800公里的消息吸引了業界的眼球,把人們的視線聚焦到了固態電池上。雖然這條由菲斯克公司所披露的消息仍然有很多值得商榷之處,但至少說明固態電池優勢顯著,有望成為新能源汽車動力電池發展新的方向。


目前新能源汽車大多使用的都是傳統的鋰離子電池,都含有液態有機電解質,不含液態電解質的固態電池優勢很多。中南大學化學化工學院教授劉洪濤在接受《中國汽車報》記者采訪時介紹,相較于目前使用的液態鋰電池,固態電池具有六大顯著優勢。


一是高安全性能,傳統鋰離子電池采用有機液體電解液,在過度充電、內部短路等異常的情況下,電池容易發熱,造成電解液氣脹、自燃甚至爆炸,存在嚴重的安全隱患。而很多無機固態電解質材料不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液問題,聚合物固體電解質相比于含有可燃溶劑的液態電解液,電池安全性也大幅提高。


二是高能量密度,固態鋰電池負極可采用金屬鋰,電池能量密度有望達到300~400Wh/kg甚至更高,其電化學穩定窗口可達5V以上,可匹配高電壓電極材料,進一步提升質量能量密度;沒有液態電解質和隔膜,減輕電池重量,壓縮電池內部空間,提高體積能量密度;安全性提高,電池外殼及冷卻系統模塊得到簡化,提高系統能量密度。


三是循環壽命長,有望避免液態電解質在充放電過程中持續形成和生長SEI膜的問題和鋰枝晶刺穿隔膜問題,大大提升金屬鋰電池的循環性和使用壽命。


四是工作溫度范圍寬,固態鋰電池針刺和高溫穩定性極好,如全部采用無機固體電解質,最高操作溫度有望達到300℃,從而避免正負極材料在高溫下與電解液反應可能導致的熱失控。


五是生產效率提高,無需封裝液體,支持串行疊加排列和雙極機構,可減少電池組中無效空間,提高生產效率。


六是具備柔性優勢,全固態鋰電池可以制備成薄膜電池和柔性電池,相對于柔性液態電解質鋰電池,封裝更為容易、安全,未來可應用于智能穿戴和可植入式醫療設備等。


理論上具有優勢,就一定能吸引更多的研發力量和投入,不斷解決其中存在的問題,這對于固態電池向新能源汽車應用靠近是有利的;但是固態電池在技術上仍有一些有待解決的問題,這也是固態電池實現應用的瓶頸。吉林大學無機合成與制備化學國家重點實驗室教授、博士生導師袁宏明在接受《中國汽車報》記者采訪時表示,解決固態電池的應用技術問題是當務之急。如固體電解質材料離子電導率偏低;固體電解質、電極間界面阻抗大,界面相容性較差;材料在充放電過程中體積膨脹和收縮,導致界面容易分離;質量能量密度需進一步提升;體積能量密度需進一步提升、制備成本高等技術問題,都迫切需要研究突破。


記者在采訪中了解到,目前全球各大車企和電池廠商們使用的聚合物、氧化物、硫化物等固態電解質均存在這樣的問題。具體來說,聚合物耐溫性不夠,穩定性較差、離子電導性偏低。氧化物抗阻能力比較強,但離子電導性也無法達到要求。硫化物雖然電導性不錯,又由于材料穩定性不佳,導致離子傳輸性能欠缺。


事實上,往往一種全新研發的材料從實驗室走向市場應用層面,一般需要十年左右的時間。而液態鋰電池從上世紀70年代出現,直到20世紀末才投入應用。因此,固態電池技術要實現產業化尚需時日。


從固態電池的研發和量產現狀來看,聚合物基的固態電池已經有小批量裝車示范,但屬于實驗階段,有待解決的技術問題還不少。樂觀估計,嚴格按照車廠車型的開發流程,半固態電池實現批量上車預計還需要一定時間,真正的全固態電池批量裝車時間則還可能延后。傅正文表示。


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