你了解固態(tài)電池嗎？固態(tài)電池的壽命和衰減有優(yōu)勢(shì)么？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-13 12:06
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此前，豐田官方就曾提到過在所有新形態(tài)的電池技術(shù)中，固態(tài)電池是被認(rèn)為是最接近量產(chǎn)化的產(chǎn)品，其高能量密度、高電壓甚至可彎曲的特性，相比傳統(tǒng)動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)跨步。那時(shí)至今日，固態(tài)電池究竟發(fā)展到了什么地步，它距離量產(chǎn)狀態(tài)還有多遠(yuǎn)？本文我們將分多個(gè)方面和您分享一些信息。
●固態(tài)電池的技術(shù)路線
固態(tài)電池目前擁有很多的技術(shù)體系，包括硫化物、氧化物、薄膜以及固態(tài)聚合物。在早期固態(tài)電池技術(shù)的推進(jìn)中，薄膜和固態(tài)聚合物技術(shù)是主要的走向，在過去幾年中，博世以及戴森等公司都在不斷加大在這兩項(xiàng)固態(tài)電池技術(shù)上的投資，但這兩家公司的做法都是通過收購來實(shí)現(xiàn)在電池技術(shù)上的追趕。
但薄膜和固態(tài)聚合物技術(shù)有“高成本”和“低導(dǎo)電率”兩個(gè)致命問題，例如薄膜技術(shù)無法在室溫（25°左右）條件下實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)電率，所以需要不斷的去加熱并維持在60°才能保證擁有高效的導(dǎo)電率。所以在很多早期的固態(tài)電池試產(chǎn)車上，電池因?yàn)橐蕾嚥粩嗉訜?，造成自我電量損耗，其實(shí)本身也無法發(fā)揮出其它的優(yōu)勢(shì)。
而豐田一直是專注于硫化物固態(tài)電池技術(shù)的開發(fā)，但硫化物本身活性很高，在生產(chǎn)和使用中一旦與水接觸，就會(huì)產(chǎn)生硫化氫。硫化氫為易燃危化品，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。所以硫化物固態(tài)電池技術(shù)路線雖然在生產(chǎn)成本上要相比薄膜技術(shù)更低一些，但如果保證從制造端到應(yīng)用端足夠高的安全性是更高的門檻，其實(shí)也屬于從另外一個(gè)角度增加了開發(fā)成本。
最后一個(gè)氧化物技術(shù)路線也有自己的缺點(diǎn)，氧化物本身很穩(wěn)定導(dǎo)致“脆性”很高，對(duì)生產(chǎn)的要求也就更高，同時(shí)導(dǎo)電性也并不具備優(yōu)勢(shì)，但從廣義上講，相比于其它三條路線，克服生產(chǎn)難度要比克服成本和安全性要更簡(jiǎn)單一些，所以我們這期文章里也是通過采訪了一家目前已經(jīng)接近市場(chǎng)化的固態(tài)電池技術(shù)商，來了解陶瓷氧化物固態(tài)電池的一些技術(shù)優(yōu)勢(shì)和與傳統(tǒng)動(dòng)力電池的差異。
在2019CES展會(huì)上，我們約訪了輝能科技公司（下文簡(jiǎn)稱：PLG），其是一家專門研發(fā)鋰電池技術(shù)的供應(yīng)商，自2006年創(chuàng)辦后，用了8年的時(shí)間攻克了陶瓷氧化物技術(shù)，同時(shí)固態(tài)電池技術(shù)也是目前該公司最核心的研發(fā)項(xiàng)目，該技術(shù)全稱為：LCB固態(tài)鋰陶瓷電池，其技術(shù)特點(diǎn)是：高能量密度以及高電壓，針對(duì)目前純電動(dòng)汽車的發(fā)展應(yīng)用，這兩大特性無疑是非常關(guān)鍵的。
●能量密度是先天優(yōu)勢(shì)，那高電壓如何實(shí)現(xiàn)？
傳統(tǒng)動(dòng)力電池由于單體電池內(nèi)部使用液態(tài)電解液，并且承載電壓超過5V后可能會(huì)出現(xiàn)易分解甚至爆炸的情況，所以只能實(shí)現(xiàn)外部串聯(lián)而無法進(jìn)行內(nèi)部串聯(lián)。但固態(tài)電池就擁有這樣的先天優(yōu)勢(shì)。固態(tài)鋰陶瓷電池能夠在電池內(nèi)部就首先形成串聯(lián)，使單顆電池芯的額定電壓可從7.4V，最大串聯(lián)疊加至高達(dá)60V，在單體電池電壓上就要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)動(dòng)力電池。
在實(shí)現(xiàn)內(nèi)部串聯(lián)的高電壓支持后，固態(tài)電池也能夠?qū)崿F(xiàn)雙極電池技術(shù)，這同樣也是傳統(tǒng)動(dòng)力電池?zé)o法實(shí)現(xiàn)。當(dāng)單體電池在堆疊串聯(lián)后加入上下兩層導(dǎo)電材料，實(shí)現(xiàn)雙向正負(fù)極的連接，然后再次與橫向的另外一個(gè)電池包進(jìn)行串聯(lián)，最高可以實(shí)現(xiàn)4×6達(dá)到24個(gè)單體電池雙向正負(fù)極對(duì)接的串聯(lián)技術(shù)，電壓也將由此再次疊加提高，組成一個(gè)完整的單體電池組。
最終6片24個(gè)串聯(lián)的電池組疊加后，加入鋁外殼包裝，形成一個(gè)單體的固態(tài)電池包（Cell），容量能夠達(dá)到20kWh以上，其單個(gè)固態(tài)電池組系統(tǒng)能量密度能夠達(dá)到255Wh/kg，而2020年這一數(shù)據(jù)會(huì)提高到270Wh/kg，這個(gè)系統(tǒng)能量密度是什么概念？可以對(duì)比一下2018年中國新能源車輛補(bǔ)貼政策。
『目前國內(nèi)電動(dòng)車動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度還維持在140wh/kg左右』
理論上，在密度和電壓雙增加的同時(shí)，BMS電控系統(tǒng)應(yīng)該更加復(fù)雜才對(duì)，但實(shí)際上固態(tài)電池在管理系統(tǒng)上也被得到了簡(jiǎn)化，這再一次為最終封包整組的電池降低了重量和體積，這也是系統(tǒng)能量密度更高的原因之一。
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固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)之外，有何不足？
●密度和電壓雙增加，散熱如何解決？
在散熱方面，固態(tài)電池也具備先天的優(yōu)勢(shì)，整個(gè)電池組從滿電到放電結(jié)束，電池溫度會(huì)維持在26°以內(nèi)，而目前的圓柱形電池整個(gè)放電過程結(jié)束后，溫度會(huì)在40°以上。雖然固態(tài)電池技術(shù)目前與圓柱形電池一樣，同樣采用水冷，但因?yàn)楸旧矸烹姕囟瓤梢员３值母?，也讓散熱成為了其另外一大?yōu)勢(shì)。
而基于固態(tài)電池本身放電溫度低的特性，在散熱方式上也能夠進(jìn)行更多優(yōu)化。例如在電池與電池組中間加入散熱膠，然后熱量會(huì)通過散熱膠導(dǎo)向電池包兩側(cè)的水流散熱器上，進(jìn)一步減少水流散熱的體積和重量。
