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固态电池才是新能源汽车的“最后一站”?


  来源: 电子产品世界 时间:2024-05-06 编辑:流川
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2024年1月,大众汽车的电池子公司PowerCo宣布,其合作伙伴QuantumScape已成功通过其首批固态电池的耐久性测试,实现超过1000次的充放电循环,同时保持超过95%的容量。此前,2023年9月,美国固态电池上市公司Solid Power宣布,其首批A-1固态电池样品已正式交付给宝马进行汽车验证测试,宝马计划到2025年推出基于Solid Power固态电池技术的首款原型车。


随着下一代汽车电池技术 —— 固态电池技术的进步和突破,传统液态电池的地位正受到挑战。


固态电池为何备受瞩目?


因为技术路线不同,汽车电池技术划分为磷酸铁锂和三元锂两大阵营。在性能、安全、成本这三大因素的综合作用下,磷酸铁锂和三元电池的市占率此消彼长。不变的是,为赢得市场竞争优势,车企都追求长续驶里程吸引消费者,通过优化电池包物理结构以及多“堆”电池,实现增加车辆续驶里程,CTP技术、滑板底盘等应运而生。


根据《节能与新能源汽车技术路线图》,2025年动力电池的能量密度目标为400Wh/kg,2030年目标为500Wh/kg。想达到2030年的目标,现有液态锂电池技术路线恐难担大任,光是350Wh/kg的能量密度天花板就很难打破,但是固态电池能量密度能轻松超越350Wh/kg。


传统液态锂电池主要由正极、负极、电解液和隔膜四大关键要素组成,锂离子从正极到负极再到正极的来回移动过程中,电池的充放电过程便完成了。而固态电池则是一种使用固态电极和固态电解质的电池,充电时正极中的锂离子从活性物质中脱嵌,通过固态电解质向负极迁移。


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固态电池与液态锂离子电池的区别


在传统液态锂电池的充放电过程中,电极表面很容易发生副反应。例如,阳极电极表面形成的锂枝晶很容易穿透隔膜,造成阴极和阳极电极之间短路,导致电池起火。另外,电解液为有机液体,在高温下发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向都会加剧。新能源汽车市场容量快速扩大,液态电池在安全性方面面临着巨大挑战,动力电池对于高能量密度与高安全性的迫切需求推动着固态电池的发展。与液态锂电池相比,固态电池具备高安全性、高能量密度、体积小、耐低温等优势。


· 安全性高:由于固态电池的电解质固态化,不含易燃易爆、易挥发等成分,可彻底消除电池因漏液引发的电池冒烟、起火等,以及在充放电过程中生成锂枝晶造成的安全隐患,被称为最安全电池体系。


· 能量密度高:固态电池能使用能量密度更高的活性材料,例如,基于金属锂阳极的固态电池的能量密度可超过500Wh/kg,而液态锂电池的理论能量密度极限为350Wh/kg。目前,传统的液态锂电池已接近其理论能量密度极限,进一步改进的空间很小。


· 体积小:传统锂离子电池中,需要使用隔膜和电解液,它们加起来占据了电池中近40%的体积和25%的质量。而如果把它们用固态电解质取代(主要有有机和无机陶瓷材料两个体系),正负极之间的距离(传统上由隔膜电解液填充,现在由固态电解质填充)可以缩短到甚至只有几到十几个微米,这样电池的厚度就能大大地降低 —— 因此全固态电池技术是电池小型化,薄膜化的必经之路。


· 温度范围更广,循环使用寿命更长:固态电解质的稳定性可以减缓电池中的失活和退化过程,不仅可以延长电池的使用寿命,还能阻止金属锂的电极枝晶生长,减少电极的体积膨胀和损坏,提高电池的循环稳定性。


另外值得补充说明的是,液态锂电池往往需要先将单体电芯封装完成后先并联再串联,若想省流程直接串联,则会导致正负极短路。而固态电池由于内部不含液体,不存在短路的问题,可直接串联组装。还有对于固态电池,因为其高安全性,可简化甚至不需要冷却系统,所以固态电池的实际量产过程中,其成组成本会更低,整个生产流程更简单。


固态电池阶段发展之路


固态电解质是固态电池的核心部件,在很大程度上决定了固态电池的各项性能参数,如功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能以及使用寿命。固态电池按照其电解质的不同分为聚合物、氧化物和硫化物三种路线。


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关键词:固态电池 新能源汽车    浏览量:4810

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