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固態電池的優缺點分析

鉅大LARGE  |  點擊量:6169次  |  2018年09月02日  

摘要
據媒體報道稱,豐田配備固態電池可大幅提升全新電動車的續航里程,并且縮短充電時間。這款新固態電池電動汽車預計將于2022年正式上市。豐田為何有如此的信心?

近日,豐田終于和電動汽車一道上頭條了。新聞稿中頻頻出現的“固態電池”到底是什么來頭?不僅豐田,寶馬也計劃量產固態電池車,隔空“叫板”特斯拉,但是據業內人士表示固態電池的商業化之路“道阻且長”!吃瓜群眾只想說:“扎心了!老鐵!”


據媒體報道稱,豐田配備固態電池可大幅提升全新電動車的續航里程,并且縮短充電時間。這款新固態電池電動汽車預計將于2022年正式上市。豐田為何有如此的信心?


固態電池的商業化之路“道阻且長”


通過專利數量比較可以看出,豐田擁有的固態電池專利數量遙遙領先,此外中國軍團中,寧波大學、中科大、華為、中國電科十八所、中科院物理所占據了專利排行榜前十中的五個席位??梢钥闯?,在鋰電池盛行當道的背景下,我國對固態電池的研究仍在不斷升溫。


那么,固態電池到底“何德何能”吸引眾多企業與機構對其進行研究?


相較于傳統鋰電池,固態鋰電池的差異在于電解質固態化。全固態鋰電池與傳統鋰電池一樣,包括電池各單元(正極、負極、電解質),其工作原理與傳統鋰電池的原理相同。


在早期日本媒體的報道中,提到固態電池的優點只有一條:充電快。豐田發言人說,豐田全新電動汽車配備的全固態電池,可在幾分鐘內完成充電過程,但是對具體的產品規劃不予評論。


據小編的整理,固態電池的優點如下:


安全性極高。與傳統鋰電池相比,全固態電池最突出的優點是安全性。液態電解質易燃易爆,以及在充電過程中鋰枝晶的生長容易刺破隔膜,引起電池短路,造成安全隱患。而固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液問題,也克服了鋰枝晶現象,因而全固態電池具有極高安全性。


能量密度高。固態電池電解質能阻隔鋰枝晶生長,材料應用體系范圍大幅提升,為具有更高能量密度空間的新型鋰電池技術奠定基礎。目前,固態電池研發可提供的能量密度基本可達300-400Wh/kg。


循環性能強。固態電解質解決了液態電解質在充放電過程中形成的固體電解質界面膜的問題和鋰枝晶現象,大大提升了鋰電池的循環性和使用壽命,理想情況下循環性能表現優異,能夠達到45000次左右。


適用范圍擴大。固態電解質賦予固態鋰電池結構緊湊、規??烧{、設計彈性大等特點,即可應用于驅動微型電子器件,也可用于動力和儲能領域。此外,固態電池也擁有更寬的溫度工作范圍,目前基本保證-25℃—60℃的溫度范圍。


說完優點,再說缺點。


快充比較難。固態電池有倍率性能很低的LiPON系列電池(實際上氧化物體系的電解質普遍倍率性能不佳),也可以基于硫系高性能電解質做出高倍率還不錯的固態鋰硫電池。但是總體來說,作為動力電源使用,固態電池在高倍率性能方面還是有很多挑戰的。


成本價格高。據了解,液態鋰電池的成本大約在200-300美元/千瓦時,如果使用現有技術制造足以為智能手機供電的固態電池,其成本會達到1.5萬美元,而足以為汽車供電的固態電池成本更是達到令人咋舌的9000萬美元。


面對固態電池的諸多不確定因素,依然阻擋不住研究機構與企業的研究布局。


早在2015年,英國富豪詹姆斯·戴森和德國汽車零部件巨頭博世分別收購了固態電池公司SaKti3和固態電池創業公司Seeo。據了解,2016年8月戴森出資14億美元,興建一座電池工廠,用于大量生產固態電池。博世也不甘落后,在收購Seeo后又與GSYUASA電池公司和三菱重工共同建立了新工廠,主攻固態陽極鋰離子電池。


此外有海外媒體報道稱,寶馬近日正在研發一款鋰離子電池,這款電池將用固態電解質代替現有的電解液,新電池計劃2026年量產。


不僅僅國外企業布局,國內鋰電企業也在爭搶“蛋糕”。


CATL在硫化物固態電池方面比較成熟,目前正加速開發EV用的硫化物全固態鋰金屬電池研發的步伐。


據媒體報道,環宇賽爾新能源、河南鋰動電源等企業也紛紛布局固態電池。


隨著科研機構的深入研究與企業的不斷布局,市場對固態電池的期待越來越大,然而距離固態電池商業化還有較長一段距離。


豐田曾經表示,希望能在2020年其新能源車上應用固態電池技術。從理論提出的時間以及該技術發展進程來看,固態電池并不是一個新的概念,但研發進展并沒有想象的那么快速。正如液態鋰電池,在上世紀70年代,相關的理念和實驗認證就在齊頭并進,但真正大規模的使用,已經是20世紀末了。


不僅僅是時間問題,成本高一直都是固態電池發展的“攔路虎”。目前,固態電池面臨著以下技術難題:固態電解質與正負極之間界面阻抗過高、固態電解質電導率偏低、材料成本制備成本昂貴等。據企業和研究機構表示,多項技術正逐步推進,相繼提出相應的解決方案,但是固態電池的前進之路并不是那么順暢。


一句話,固態電池的發展還處于早期階段,目前所有的數據和特性都是實驗室的,距離商業化還有很長的一段路要走,“道阻且長”!

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