全固態(tài)電池被公認(rèn)是下一代電池技術(shù)路線的發(fā)展方向嗎?
全固態(tài)電池耐熱性溫度范圍放大,安全性得到了保障。削弱了對(duì)水冷系統(tǒng)的依賴性。契合了解決成本和體積矛盾的想法。
鋰離子電池,通過一定數(shù)量串并組合,裝配在汽車上,成為動(dòng)力電源的那一刻,高成本、大體積、高質(zhì)量、溫度適應(yīng)敏感、熱失控安全等問題,就一直困擾著我們。
而全固態(tài)電池由于能提供更好的安全、更大的容量、更快的充電,被公認(rèn)是下一代電池技術(shù)路線的發(fā)展方向,也成了各大電池產(chǎn)業(yè)上下游企業(yè)的必爭之地:
韓國的三大電池巨頭聯(lián)手;日本23家車企、電池、材料公司、科研院校單位聯(lián)合;歐美國家相繼發(fā)布研發(fā)規(guī)劃;德國大眾豪擲1億美元投資電池技術(shù)公司——他們紛紛瞄準(zhǔn)并積極布局固態(tài)電池,并且加速核心技術(shù)攻克走向商業(yè)化,都是想在未來動(dòng)力電池市場竟?fàn)幹袚尩孟葯C(jī)。
豐田提出全固態(tài)電池不需要冷卻
前期,豐田在各種不同場合,多次闡述其研發(fā)的全固態(tài)電池特點(diǎn),除了重要的高安全特性,還解決和滿足了長續(xù)駛里程需求,快充電特性,同時(shí),還不需要冷卻,體積可以縮減一半。
在早期,豐田執(zhí)行副總裁勒羅伊(Didier Leroy)這樣描述,豐田在固態(tài)電池技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面處于領(lǐng)先地位,可以讓電池更安全,體積變的更小。
“Executive Vice President Didier Leroy believes Toyota is the leader in solid-state battery technology in terms of intellectual property. He sees them as a "game-changer" with the potential to dramatically improve driving range.
Leroy said:Toyota's solid-state batteries are based on lithium ion technology but can operate at a higher temperature than current lithium ion batteries. They do not require cooling and thus are much smaller.”
讓我們掀開全固態(tài)電池關(guān)鍵指標(biāo)一角,探究一下這些特點(diǎn)的生成原因。
全固態(tài)電池耐熱特性、低溫特性、倍率特性突出
來自Kentaro YOSHIDA and Keizo HARADA “All-Solid-State Lithium Batteries with Wide Operating Temperature RangeMitsuyasu”對(duì)基于硫化物全固態(tài)電池做的幾項(xiàng)測試(主要針對(duì)小容量電池的測試):
高溫耐受性測試:電池在高溫170℃規(guī)定的充放電(The test conditions were a constant current of 0.3 mA charge/discharge, charged to 0.3 mAh, and discharged to 3.0 V)、循環(huán)條件下,可以觀察到,容量在高溫下,非常穩(wěn)定,變化很小,也就是說,副反應(yīng)并沒有顯著的增加。
低溫耐受性測試:電池在低溫-40℃規(guī)定的充放電(The test conditions were a constant current of 0.02 mA, charged to 0.02 mAh, and discharged to 3.0 V)、循環(huán)(試驗(yàn)條件為恒流0.02 mA,充至0.02 mAh,放電至3.0 V)條件下,可以觀察到,容量因低溫影響,也是非常小的,仍然有很穩(wěn)定的放出和充入。
放電倍率特性:常溫下,在24C高倍率下放電,容量為低速率0.5C下的89%,說明該電池具有優(yōu)良的功率特性。
上述測試條件,相比現(xiàn)在的商業(yè)化動(dòng)力電池確實(shí)還有很大的局限性和差距,但是固態(tài)電池從娘胎里帶來的優(yōu)點(diǎn)還是非常明顯的,在如此高的溫度條件,表現(xiàn)如此穩(wěn)定,安全性可見一斑。
對(duì)于一般液態(tài)電解質(zhì)電池,其策略保護(hù),高溫>50℃進(jìn)入報(bào)警狀態(tài);70℃進(jìn)入熱失控風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。低溫環(huán)境, <0℃限制充電電流。電池在很窄的15~45℃范圍內(nèi)才能穩(wěn)定的工作。同時(shí),為了保證電池系統(tǒng)的壽命,溫差范圍要求控制在 <5℃。
全固態(tài)電池大大降低了對(duì)冷卻系統(tǒng)的依賴
有資料顯示,全固態(tài)電池耐熱性在(80~120℃)、阻燃性(200℃),均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有應(yīng)用的液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池。這主要與電解質(zhì)形態(tài)和結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系。
全固態(tài)電池使用的固體電解質(zhì),是區(qū)別于液態(tài)有機(jī)電機(jī)解質(zhì)的主要特征材料,現(xiàn)在主要研究的有兩種類型,氧化物和硫化物。目前包括豐田的全固態(tài)電池,主要是基于硫化物類型全固態(tài)電池研究。
早在日本Nissan leaf EV車上,一直延續(xù)著沒有冷卻板,依靠電池殼體自然冷卻產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
對(duì)于EV電池系統(tǒng),主要滿足較低倍率的充放電功率需求,在冷卻方面對(duì)熱管理表現(xiàn)的沒有功率型的HEV明顯。但是在低溫環(huán)境,環(huán)境適應(yīng)性是得不到滿足的。所以說,對(duì)于全溫度的工況需求,更多的增加了水冷板式的熱管理系統(tǒng)。
這本身也是矛盾的?,F(xiàn)有龐大的水冷系統(tǒng),從成本角度,體積方面,都是不利的。
全固態(tài)電池耐熱性溫度范圍放大,安全性得到了保障。削弱了對(duì)水冷系統(tǒng)的依賴性。契合了解決成本和體積矛盾的想法。
盡管全固態(tài)電池如此誘人,但是,還不能停止現(xiàn)有熱管理技術(shù)的發(fā)展的腳步。
豐田表示,其全固態(tài)電池仍需10年的發(fā)展才能成熟。
全固態(tài)電池要想全面大批量投入生產(chǎn)和應(yīng)用,還需要很長的一段時(shí)間。
豐田表示:“我們將小批量的試產(chǎn)開始,用于試點(diǎn)項(xiàng)目,我們永遠(yuǎn)不會(huì)在客戶身上做實(shí)驗(yàn)。2030年,可能是更現(xiàn)實(shí)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)”。
從Tesla車型演變案例觀察分析
Tesla 產(chǎn)品,一直以來引起地球人足夠的好奇。其設(shè)計(jì)的精妙也確實(shí)堪稱典范。正如Elon Musk 對(duì)團(tuán)隊(duì)的管理和要求一樣,在他們眼里“沒有做不到的事情”。
在熱管理功能單元組合中,透過產(chǎn)品的演變狀態(tài),可以看出一些端倪。
關(guān)于電池加熱形式的變化,由PTC加熱改變?yōu)槔秒姍C(jī)接通電流零扭矩加熱,其技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)有待于后期進(jìn)一步研究分析,現(xiàn)在還不能量化和說清楚。
其中一點(diǎn)是肯定的,提高熱系統(tǒng)效能的同時(shí),一定是做到了降本。是雙贏的結(jié)果。這種“沒有做不到”的創(chuàng)新精神,值得學(xué)習(xí)。
現(xiàn)在市面上越來越多的電池類型出現(xiàn),各種各樣的電池的使用都有它的注意措施。這些相關(guān)措施你又知道多少呢?現(xiàn)在人們只僅僅了解他們的使用,卻很少在意它的使用注意措施!現(xiàn)在小編就給你普及普及他們的注意措施吧!
不管是什么電池使用之前都要仔細(xì)閱讀使用電池說明書,使用所推薦的電池,按操作規(guī)程操作。檢查電器及電池的接觸件是否清潔,必要時(shí)用濕布擦干凈,干燥后按正確極性方向裝入;無成人監(jiān)護(hù)時(shí),不要讓兒童更換電池,小型電池如AAA應(yīng)放在兒童不能拿到的地方;
不要將新,舊電池或不同型號(hào)電池混用,特別是不能將干電池與充電電池混用;
不要試圖用加熱,充電或其它方法使一次電池再生,以免發(fā)生危險(xiǎn);
不要加熱電池或?qū)㈦姵貋G入水中或火中,將電池放入水中會(huì)使電池失效,將電池放入火中會(huì)使電池破裂。
不要拆卸電池,或試圖用尖銳利器穿透電池,因電池內(nèi)部電解液會(huì)傷害皮膚和衣物。
使用完電器后應(yīng)斷開電源開關(guān),以免因發(fā)熱等而起火。
不要將電池正負(fù)極插反,否則會(huì)導(dǎo)致電池鼓脹或破裂;
不能將電池貯存在高溫或高濕的環(huán)境下,電池本身的反應(yīng)會(huì)加劇,故無法向用電器提供足夠的容量。另外,高溫高濕下,電池的老化速度也會(huì)大大加快,也會(huì)腐蝕電子元器件 (高溫電池除外)。
不能將充電電池放在雨水下。雨水能導(dǎo)電,電池放在雨水下時(shí),很可能會(huì)發(fā)生短路,使電池因瞬間大電流放電而發(fā)燙,會(huì)損壞電池或發(fā)生危險(xiǎn)。
電池保存時(shí),不要與金屬物體混放,包在外邊的絕緣膜也不要隨意撕掉。












