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长续航不是梦 新能源下一代动力电池何时到来

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  电动化是未来汽车的发展趋势,现阶段新能源汽车的占比高歌猛进,零部件等技术也已逐渐成熟,制约整车成本的只剩下动力电池这一座大山,新能源汽车特别是纯电动汽车多久才能普及,将以动力电池何时大规模商业化为前提。而现阶段动力电池目标很明确,提高续航能力、增加安全性,又要降低成本物美价廉。

  综合技术、成本和商业化等因素,固态电池被推上风口,成为下一代电池的主要研发方向。众所周知,相比传统锂电池,固态电池的差异在于电解质固态化,固态电池具有能量密度高、安全性好等优势。

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  传统液态锂电池被科学家们称为“摇椅式电池”,摇椅的两端为电池的正负两级,中间为液态电解质,锂离子在摇椅的两端来回奔跑,在从正极到负极再到正极的过程中,电池完成充放电过程。固态电池的原理与之相同,不过电解质为固态。

  固态电池有哪些优缺点

  安全性高,不同于液态电解质,电池发生刺穿或挤压事故后易被点燃而发生爆炸。固态电解质具备不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液等问题。

  能量密度高,固态电池的电解质可以装更多的高电压正极材料,加上固态电池体积小、稳定,可以让电池管理更为简化,能量密度自然会大大提高。

  轻,在传统锂离子电池中,隔膜和电解液加起来占据了电池中近40%的体积和25%的质量,而使用固态电解质自然就可以减小体积和质量。

  循环性强,由于固态电解质解决了液态电解质在充放电过程中形成的固体电解质界面膜的问题和锂枝晶现象,因此大大提升了锂电池的循环性和使用寿命。

  当然固态电池并非完美,其也具备界面阻抗大、快充难和成本高等缺点:

  界面阻抗过大,固态电解质与电极材料之间的界面是固-固状态,因此电极与电解质之间的有效接触较弱,离子在固体物质中传输动力学低。

  快充比较难,电池的阻抗、电导率等问题表现出来就是内阻大,就会阻碍充电,在充电过程中会造成能量的损失,这部分能量的浪费是无法忽视的问题。

  成本价格高,目前固态电池制备技术和工艺不够成熟,成本高是在所难免的。

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  固态电池的未来挑战还有哪些?

  从理论的提出时间来看,固态电池并不是一个新的概念,多年来,其研发上的进展并没有想象那么快速。虽然固态电池在多方面表现出明显优势,但同时也有一些需要解决的问题。

  由于固态电池的电解质材料全是固体,导电过程中是点接触,所以从电池本身制造的过程上来说,需要解决基于界面阻抗的问题。其次,固态电池循环设备在现阶段来看做的还不够好。

  固态电池正极活性材料、负极活性材料,电解质材料全是固体,接触的时候是点接触、不是面接触,这样离子导电性本身没有液体高固态电解质本身的离子导电性,第二基于点接触和面接触的区别,所以从电池本身制造的过程上来说,需要解决基于界面阻抗的问题。

  固态电池在充电和放电过程中不单单是固态的,所有电池在充电和放电有体积膨胀和收缩,原先液态电池可以有一定忍耐度,在整个收放过程中液体稍微有一点膨胀就消除了,但是如果固态电池在膨胀和收缩过程中可能会裂,所以会影响使用。所以固态电池循环设备做的还不够好这是一个问题。

  何时迎来商业化量产?

  当前,固态电池现在的制备技术成熟度还有待加强,商业化扩产需要克服的困难还有很多。但可以预期的是,随着研发和工业技术的不断发展,全固态电池中的科学和工艺上的问题会逐渐得到缓解。

  从世界范围看,预计固态电池会在2020年左右能够实现小批量的量产。宝马声称有望于2026年实现固态电池突破性进展并随后量产;丰田也正在全力研发固态电池,并且已经开发出电池原型,丰田曾表示,这种电池大约在2020年实现商业化应用,到2025年得到实质性改善。

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