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锂离子电池弊端明显,固态电池遇难题,锂电池的未来在哪?

2022-10-19 20:56:22 3055

摘要:文/桃李新能源汽车领域发展至今取得了不小的成就,其在汽车市场的渗透率也是不断提高,尤其是纯电动车,已经成了目前汽车市场的一个主流趋势,但是作为电动汽车动力来源的电池却在发展的路上遇到了阻碍,先是原材料的上涨,其次是电池技术很难再有突破。而作...

文/桃李

新能源汽车领域发展至今取得了不小的成就,其在汽车市场的渗透率也是不断提高,尤其是纯电动车,已经成了目前汽车市场的一个主流趋势,但是作为电动汽车动力来源的电池却在发展的路上遇到了阻碍,先是原材料的上涨,其次是电池技术很难再有突破。而作为电动汽车的核心之一,电池技术的进步关系着电动汽车未来的发展,所以各大汽车厂商不得不开始寻找电池发展的新出路,固态电池成了电动汽车的新希望。

首先来说说锂离子电池的现状,目前新能源电动汽车普遍使用锂离子电池作为动力电池,经过长时间的研究和试验,锂离子电池被认为是目前综合性能表现最为出色、技术最为成熟的一个选择,但即便是这样,他也有很多的不足之处。

电池的能量密度关系着电动车的续航表现,提高电动汽车的续航能力是让它能跟燃油车竞争的最好方式。虽然锂离子电池的能量密度在当前的所有电池种类中基本上是属于天花板级别的存在了,当前锂离子电池的电芯能量密度已经达到了250Wh/kg以上,但是仍然很难超越燃油车。

锂离子电池的能量密度在理论上最高可以达到350Wh/kg,但是追求更高的能量密度会导致电池的安全性受到影响。锂离子电池采用的是液态电解液,一旦电池发生内短路、热失控,或电解液泄漏等,可能引起电解液的燃烧,进而引起电池起火等安全事故,这也是一部分人谈电色变的原因。另外,由于液态电解质在充放电过程中容易形成和生长固态界面膜,电池的寿命也有较大的局限性。

那么什么是固态电池呢?传统锂电池由正极、负极、隔膜、电解液、结构件等部分组成,借助锂离子在正负极之间的来回穿梭完成电池的充放电,固态电池的结构和原理没有太大的变化,主要是其内部所有材料均使用固体材料,只含有极少甚至不含有任何液体,而根据电池内部有没有少量的液体电解质可以分为固态电池和全固态电池。

别小看这一步的变化,它能够带来性能的飞跃。要知道,锂离子移动速度的快慢意味着充放电动快慢,现在快充型锂电池号称20-30分钟快充30%的电量到80%电量,而固态电池基本上十分钟内就能充满,毕竟一个是在水里游,一个是在路上跑,固态电池自然比锂离子电池要更高效。

除此之外,使用固态介质,避免了电解液的漏液及燃烧风险(固态电解质在一定条件下也会分解,但相对而言分解难度更高),甚至在物理冲击、破坏测试之后,电池仍不冒烟、不起火、不爆炸,安全性能大幅提升。

虽然拥有极大的优势,但是固态电池也并非完美的,先不谈其昂贵的造价,固态电池依旧还有不少技术上的难题,比如固态电解质动离子电导率还远低于液态电解质,导致锂离子在正负极之间运输的通畅性降低。

另外而固态电解质与正负极之间接触面积小,紧密性更差,因此界面阻抗较高,会影响锂离子在界面之间的传输。而电极材料在充放电过程中的体积变化还会进一步加剧界面的分离和循环性能的恶化。

写在最后:

全固态电池在原理上确实是很美好的方向,但综合现阶段行业研究成果,再结合成本、产量、可靠性等综合考虑,想要广泛应用于现有商业环境中还有很大一段路要走,不过随着越来越多的车企投入其中,相信这一段路的距离会逐渐缩短。

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