最常用的三元鋰電池會(huì)被淘汰嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-16 10:49
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動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車最為核心的部件，其性能對(duì)于電動(dòng)汽車的整體性能起著決定性的作用。在電動(dòng)汽車飛速發(fā)展的時(shí)代，性能更為強(qiáng)大的電池?zé)o疑是各大車企和電池生產(chǎn)廠商永無止境的研發(fā)對(duì)象。
前有國(guó)產(chǎn)電動(dòng)汽車巨頭比亞迪棄用磷酸鐵鋰電池，轉(zhuǎn)投三元鋰電池懷抱，后有沃特瑪技術(shù)路線錯(cuò)誤，公司分崩離析，這正是由于磷酸鐵鋰電池在性能方面無法跟上電動(dòng)汽車發(fā)展的步伐。在電動(dòng)汽車高續(xù)航剛需的推動(dòng)下，能量密度潛力更高的三元鋰電池取代曾經(jīng)被廣泛采用的磷酸鐵鋰電池成為了電動(dòng)汽車發(fā)展中的必經(jīng)歷程。
然而技術(shù)的發(fā)展不可能一成不變，隨著電動(dòng)汽車領(lǐng)域持續(xù)性的擴(kuò)張，以及日趨成熟，電動(dòng)汽車對(duì)于電池能力密度的需求也在持續(xù)增加。
今年的早些時(shí)間，美國(guó)菲斯科汽車公司便發(fā)布了一項(xiàng)全新的固態(tài)電池技術(shù)。據(jù)悉，這項(xiàng)技術(shù)的能量密度是常規(guī)鋰離子電池的2.5倍，能夠讓電動(dòng)汽車的行駛里程數(shù)增加到500英里（約804公里）以上。更為驚人的是，其充電時(shí)間僅需1分鐘，甚至比傳統(tǒng)燃油汽車加油的速度還快。
隨后，全球多個(gè)車企和電池廠家也發(fā)布了固態(tài)電池相關(guān)的研發(fā)進(jìn)展。目前，豐田、松下、三星、三菱、寶馬、大眾、現(xiàn)代、戴森等企業(yè)均在加緊布局固態(tài)電池技術(shù)的儲(chǔ)備。至此，有關(guān)固態(tài)電池“碾壓”鋰電池的相關(guān)話題成為了新能源汽車行業(yè)內(nèi)爭(zhēng)論的熱點(diǎn)議題。
近日，中國(guó)科學(xué)研究院宣布，由其牽頭承擔(dān)的納米先導(dǎo)專項(xiàng)“全固態(tài)電池”課題已經(jīng)通過驗(yàn)收，這一技術(shù)進(jìn)步將進(jìn)一步推動(dòng)國(guó)內(nèi)全固態(tài)鋰電池的規(guī)?；褂?。此消息一出，再一次將固態(tài)電池的話題推上“高潮”。
當(dāng)前鋰離子電池的體系下，依賴高鎳三元正極、硅碳負(fù)極和電解液的組合，在未來五年內(nèi)將達(dá)到350瓦時(shí)/千克的極限，仍將無法滿足于動(dòng)力電池在安全性、能量密度以及成本方面的要求。
固態(tài)電池?fù)碛袃蓚€(gè)十分顯著的優(yōu)勢(shì)，一方面由于采用了有機(jī)電解液的傳統(tǒng)鋰電池，在過度充電、內(nèi)部短路等異常情況下容易導(dǎo)致電解液發(fā)熱，從而引發(fā)自燃甚至自爆的安全隱患。固態(tài)電池基于固態(tài)材料不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液等條件，安全系數(shù)較之鋰離子電池有著先天的優(yōu)勢(shì)。
二來則是固態(tài)電池在最為關(guān)鍵的能量密度方面，有望徹底解決純電動(dòng)汽車的里程焦慮。目前體系下的鋰離子電池已經(jīng)接近極限性能，即便是特斯拉NCA 18650電芯下的電池組，能量密度可以達(dá)到250瓦時(shí)/千克，應(yīng)用于Model 3的21700電芯能量密度達(dá)到300瓦時(shí)/千克，支持續(xù)航里程400到500公里，也仍然無法解決續(xù)航里程焦慮。
在現(xiàn)有的技術(shù)路線下，如果三元鋰電池還想進(jìn)一步提高能量密度，只能繼續(xù)提高鎳材料或者添加CA。但高鎳的熱穩(wěn)定性很差，在提高能力密度的同時(shí)，也意味著其穩(wěn)定性的下降，電池內(nèi)部的熱反應(yīng)會(huì)更加劇烈，安全隱患也會(huì)從而變成更大的問題。
固態(tài)電池的電解質(zhì)無需隔膜和電解液，并不存在漏液、腐蝕等問題，可以簡(jiǎn)化電池外殼及冷卻系統(tǒng)模塊，進(jìn)一步減輕電池模組的重量，達(dá)到節(jié)能的效果。此外，全新的正負(fù)極材料配套可以使得電化學(xué)窗口達(dá)到5V以上，從根本上提高能量密度，有望達(dá)到500瓦時(shí)/千克。
正是基于安全和能量密度突破性進(jìn)展雙方面的問題，當(dāng)前新能源汽車行業(yè)主管部門對(duì)于動(dòng)力電池的性能也提出了更高的要求。根據(jù)《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃》和《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》的相關(guān)指引，動(dòng)力電池系統(tǒng)的能量密度需要在2025年至2030年達(dá)到350瓦時(shí)/千克以滿足市面上乘用電動(dòng)汽車的續(xù)航里程要求。
從目前來看，僅憑借鋰電池的技術(shù)研發(fā)，這一目標(biāo)顯然已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)。而為了保證動(dòng)力電池的高能量密度和安全性，固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)度給整個(gè)新能源汽車行業(yè)帶來了光明。因此，固態(tài)電池被廣泛認(rèn)為是下一代動(dòng)力電池正確的技術(shù)研發(fā)方向。
