说到锂电池,相信读者们都不陌生。像我们日常使用的手机、电脑以及新能源汽车都离不开锂电池。在锂电池中,磷酸铁锂电池或三元锂电池最为常见,而这二者都是液态电池。液态电池是由正极、负极、电解质以及隔膜组成,发展历史悠久,应用广泛。
先说磷酸铁锂电池,它耐高温、安全性高,但能量密度偏低、低温环境放电性能弱;而三元锂电池能量密度大,性能好,但安全性又相对较差。因此,这两种主流的液态电池都不完美。尤其是对于新能源汽车来讲,电池的性能极大程度地限制了它们的发展上限。
更重要的是,在当前技术和工艺的影响下,磷酸铁锂电池和三元锂电池二者的单体能量密度已经接近极限,未来很难再有重大突破。这也导致新能源汽车的安全性以及续航里程始终无法得到质的提升。
因此,新能源汽车要想发展到新的高度,就需要一种能量密度更高,安全性能好,循环性能高且低/高温放电性能好的电池。而与液态电池相对应的固态电池也就成为了市场新的希望。
相比液态电池,固态电池把液态电解质替换为固态电解质,同时取消了隔膜。也就是说,固态电池只有正极、负极以及电解质,结构更简单。
固态电池有这几大优势:第一,更换了固态电解质,电池整体会更加坚固,正负极不容易短路,更安全。第二,固态电池体积更小,能够让能量密度大幅提升。第三,固态电池在低温、高温等极端条件下性能更强,
不过,理想很丰满,现实很骨感。目前,在当前的市场中,绝大多数新能源汽车仍在采用液态电池。宣称采用固态电池的蔚来ET7和东风E70两款车型,实际上采用的也是半固态电池,和真正的固态电池仍有差别。
半固态电池可以作为一种过渡方案,它将固态电解质涂抹在电极或隔膜的表面,但电池依然依赖于液态电解质来进行锂离子交换。因此,尽管半固态电池的性能有一定提升,但它同样存在由液态电解质所引起的漏液、热失控等安全风险。
不过,尽管固态电池优势颇多,在现阶段它也仍有一些问题难以攻克。比如,固态电解质的离子导电效率低,界面阻抗大,相比液态电池的锂离子迁移效率低,这也是固态电池目前面临的第一大难点,也是其迟迟无法落地使用的主要原因。
就目前消息来看,固态电池的正式应用不会早于2025年。甚至,到2030年,液态电池都将保持主流地位。今年上半年,宁德时代就发布了第三代CTP(无模组电池包技术)电池——麒麟电池。尽管麒麟电池也是液态电池,但官方表示其系统集成度大幅提升,体积利用率突破了72%,配用三元电池能量密度可达255Wh/kg,预计将在2023年装车使用。因此,我们也相当期待它的表现。
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