三元鋰電池可能是固態(tài)電池的最終形式嗎？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-11-10 22:14
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三元鋰電池可能是固態(tài)電池的最終形式
動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的核心部件，其性能對(duì)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，更大功率的電池?zé)o疑是各大汽車公司和電池廠商無(wú)止境的研發(fā)對(duì)象。
目前鋰離子電池系統(tǒng),依賴于高鎳三元正極、硅碳負(fù)極,電解質(zhì),將達(dá)到每公斤350瓦時(shí)限制在未來(lái)5年內(nèi),將無(wú)法滿足安全、權(quán)力的電池能量密度和成本要求。
固態(tài)電池有兩個(gè)非常顯著的優(yōu)點(diǎn)。一方面，傳統(tǒng)的有機(jī)電解液鋰電池在充電過(guò)度、內(nèi)部短路等異常情況下容易使電解液升溫，存在自燃甚至自爆的安全隱患。固態(tài)電池是以固體材料為基礎(chǔ)的不燃、不腐蝕、不揮發(fā)、不泄漏等條件，其安全系數(shù)比鋰離子電池具有先天優(yōu)勢(shì)。
第二，固態(tài)電池有望完全解決純電動(dòng)汽車在最關(guān)鍵的能量密度方面的里程焦慮。鋰離子電池在當(dāng)前系統(tǒng)下的性能已接近極限。即使特斯拉NCA 18650電池下的電池組也可以達(dá)到250瓦特時(shí)/kg的能量密度，Model 3使用的21700電池可以達(dá)到300瓦特時(shí)/kg的能量密度，支持400 - 500公里的續(xù)航里程，但仍然無(wú)法解決續(xù)航焦慮。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的路線,如果三元鋰電池仍希望進(jìn)一步提高能量密度,只能繼續(xù)增加鎳材料或添加CA。然而,高鎳的可憐的熱穩(wěn)定性意味著容量密度的增加也意味著其穩(wěn)定性的降低,電池內(nèi)部的熱的反應(yīng)將會(huì)更加激烈,和安全風(fēng)險(xiǎn)將成為一個(gè)更大的問(wèn)題。
固體電池的電解液不需要隔膜和電解液，也沒(méi)有泄漏、腐蝕等問(wèn)題。簡(jiǎn)化了電池外殼和冷卻系統(tǒng)模塊，進(jìn)一步減輕了電池模塊的重量，達(dá)到了節(jié)能的效果。此外，新的陽(yáng)極和陰極材料可以使電化學(xué)窗口達(dá)到5V以上，并從根本上提高能量密度，預(yù)計(jì)達(dá)到500瓦時(shí)/公斤。
由于安全與能量密度突破的問(wèn)題，新能源汽車行業(yè)主管部門也對(duì)動(dòng)力電池的性能提出了更高的要求。根據(jù)汽車行業(yè)的中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃及路線圖節(jié)能和新能源汽車技術(shù)、動(dòng)力電池系統(tǒng)的能量密度需要達(dá)到350瓦特時(shí)/公斤2025年和2030年之間達(dá)到范圍要求市場(chǎng)上最好的電動(dòng)汽車。
目前，很明顯，單靠鋰電池技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。為了保證動(dòng)力電池的高能量密度和安全性，固態(tài)電池的發(fā)展給整個(gè)新能源汽車行業(yè)帶來(lái)了光明。因此，固態(tài)電池被廣泛認(rèn)為是下一代動(dòng)力電池發(fā)展的正確方向。
固態(tài)電池很好，但根據(jù)目前的發(fā)展，還有兩個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)。一是室溫下固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率不高;二是固溶質(zhì)量與正負(fù)電極的界面阻抗較大。
這類問(wèn)題存在于聚合物、氧化物和硫化物等固體電解質(zhì)中，世界各地的主要汽車制造商和電池制造商都在使用這些電解質(zhì)。具體來(lái)說(shuō)，該聚合物的耐溫性差，穩(wěn)定性差，離子電導(dǎo)率低。氧化物的電阻大于原子價(jià)，但離子電導(dǎo)率達(dá)不到要求。雖然硫化物的導(dǎo)電性很好，但由于材料穩(wěn)定性差，導(dǎo)致離子輸運(yùn)性能不足。
一般來(lái)說(shuō)，具有高安全性和潛在容量密度的固態(tài)電池必然是下一代動(dòng)力電池的研究方向。但是，目前還沒(méi)有大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品能夠在各個(gè)方面明顯超越傳統(tǒng)的鋰離子電池。我們只能希望固態(tài)電池技術(shù)盡快成熟，讓電動(dòng)汽車的續(xù)航里程不再成為通勤者的焦慮。
