设为首页
 收藏本站
2022年12月9日 星期五
固态电池进入量产阶段,能否全面取代液态电池?
所属分类:技术前沿
来源:中国能源网
作者: 李颖
更新日期:2022-03-04

近日,东风公司生产的固态电池汽车全球首发,固态电池正式进入量产阶段。

新能源车取代燃油车,离不开动力电池的革新。而在电池技术研发过程中,固态电池尤其受到青睐,固态电池的量产也一直备受期待。

工业和信息化部近日发布《免征车辆购置税的新能源汽车车型目录》(第五十一批),由东风公司技术中心自主开发的东风风神E70固态电池车名列其中,获得免税许可。这是国内首款获得免税许可的固态电池乘用车,标志着东风公司率先开始固态电池车量产。

2022年1月22日,由东风公司与赣锋锂业合作开发的东风-赣锋高比能固态电池E70示范运营车在江西省新余市全球首发,东风风神E70在国内率先打响固态电池产业化“第一枪”。据了解,首批投放的50辆东风风神E70固态电池车已完成交付,投放于江西、广东、浙江、江苏等四个省份。

东风风神E70固态电池车的四大性能优势:

(1)安全性方面:东风固态电池车采用高比能固态电池,通过穿刺、50%挤压大变形等严苛测试,60℃下可正常放电、热箱180℃无异常,大幅提升安全性;

(2)可靠性方面:固态电池系统在防水、防爆、抗震、结构强度等方面也经受住严苛的实验环境,技术指标领先于行业水平;

(3)稳定性方面:在BMS(电池管理系统)算法上实现“量身定制”,系统稳定、可靠;

(4)动力性方面:整车续航可达426公里,整车试验累积行驶里程已达到15万公里,动力性能表现优异。

1 什么是固态电池?

固态电池就是采用固态电解质的电池,1980年锂电池之父美国科学家约翰•古迪纳夫就提出了固态电池的概念,被认为是电池的终极形态。目前,在固态电解质材料方向上,主要有三种技术路径:氧化物、聚合物、硫化物。

固态电池和液态电池的正负极材料大都相同,正极材料为钴酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸铁锂,负极材料基本使用的是石墨。从工作原理上来讲,固态电池与液态电池也并无区别。但从结构上看,固态电解体既充当电解液,又充当隔膜,因此电池安全性更佳,能量密度更高,不存在阴阳极接触的风险。正因如此,固态电池的工作电压范围也更大,可实现更为快速的充电。

相较于液态电池,固态电池的发热量很低,不需要特殊的冷却系统。一般来说,固态电池的存储能量密度,是液态锂离子电池的2~10倍。

固态电池发展路径

来源:中科院物理所、电动汽车观察家、兴业证券经济与金融研究院整理

2 固态电池VS锂电池

固态电池和三元锂电池最大的区别在于取消了电解液,使用固体电极和固体电解质,这样能大幅提升锂电池的能量密度,同时缩短充电时间。同样的电量,固态电池的体积将变得更小。取消电解液和隔膜能够彻底杜绝漏液引发的各种安全问题,从而有效降低自燃概率。

与传统锂离子电池相比较,固态电池的安全性更高,无自燃、爆炸风险;能量密度高于采用相同正负极材料的传统锂离子电池。此外,在电解质构成、成本等方面,固态电池均比锂电池占有优势。

表:固态电池VS锂电池差异性对比

制表:中国能源网

固态电池具备哪些优点?

相较于传统锂电池,固态电池的容量更大、更安全、充电速度快,没有腐蚀性问题,使用寿命也更长。由于没有电解液,固态电池不存在液态电解质难分离的情况,因此回收起来更加方便。优势显而易见。

此外,固态电池拥有更为稳定的电解质机械和化学特性,静态及循环寿命将得到极大提升;固态电池具有热稳定性,也不会在低温冻结,对温度不敏感,能在-50℃~200℃温度保持放电功率,可以较大程度缓解冬季电池容量衰减问题,确保电动车的续航力。同时因其完全不可燃的特性,BMS温控组件将不复存在,因而能够实现多措并举提升续航里程;能量密度得以极大提升,预计可以达到当前三元锂电池的2~10倍,突破液态电池极限。

简单概括,固态电池主要具有以下四大优点:

▌能量密度高;

▌充电速度快;

▌寿命较长;

▌热稳定性佳。

固态电池的待解问题:

当然,固态电池仍然不可避免地存在一些需要解决的问题:

(1)高阻抗:固态电解质电池内部的离子活性变差(即导电能力变差)。固体和固体间的接触性差,导致离子内部传输效率堪忧。当电极表面暴露在空气中时,电阻会增加,从而降低电池容量和性能。

(2)成本高昂,不易量产:固态电池在技术、工艺、材料、成本等方面还存在有待突破的难题,阻碍其大规模量产;由于固态电池产量少,锂金属附件价格偏高,导致当前制造成本较高。

(3)循环不好:要保证车主们频繁的充放电使用场景,就要保证足够的充放电次数。

(4)高速高效率全固态电池的制造工艺和装备尚不成熟。

3 固态电池的关键技术

2018年,东风公司技术中心前瞻研究中心正式成立东风固态电池项目组,开展固态电池、固态电池系统技术研究。东风风神E70固态电池车由该中心牵头研发。

东风公司不断实现固态电池技术研究的突破,相继实现了固态电池、固态电池系统、固态电池整车开发,并按计划启动固态电池车示范运营项目。

东风E70这款电池采用全球领先的固态柔性隔膜技术,经受住了单体穿刺、50%挤压大变形等严苛测试,同时放电温度高达60℃,热箱180℃无异常,电芯本征安全优势突出。该车所搭载的固态电池模组采用了铝合金框架、高精度拼缝激光焊接技术,减少冗余结构,成组效率高达86%以上。

其实,赣锋锂业为东风E70纯电动汽车所提供的固态电池并非严格意义上的固态电池,而是一种半固态电池,采用的隔膜为固态柔性隔膜。在赣锋锂业的官方资料中明确指出:目前该公司的电池均采用“固液混合电解质”,而真正的固态电池,尚在与东风集团合作研发中。不过,赣锋锂业量产的固态柔性隔膜电池,相比纯液态电解质的锂电池,已然具有更轻薄、能量密度更高,也更加安全的优势。

中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高也曾直言,中国的固态电池技术与日本最少相差五年,到2030 年中国固态电池的商业化应用规模才能达到 1% 左右。

由于半固态电池在安全和密度方面均有所改进,且拥有固态电池的部分优点,技术难度比全固态电池低,研发速度更快,部分企业选择将这一过渡技术率先进行量产。以赣锋锂业的第一代固态电池为例,其能量密度在与三元锂电池相当的同时,安全性也相对更高。

4 固态电池前景展望

2019年12月,我国发布了《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》(征求意见稿),首次将固态电池上升到国家层面。文件提出了加强固态电池研发和产业化进程的要求,到2030年,我国液态电解质将演变为固态电解质的目标。据预测,到2030年,全球固态电池需求有望达到500GWh,按照专家保守估计,将形成3000亿元以上的市场规模。

追求高能量密度、长寿命、低成本、高安全性是电池行业永远的课题。未来的电池技术也必将经过多路径共同发展阶段。由于在安全性及能量密度等方面极具优势,固态电池成为新能源汽车的研究重点,因而深受资本青睐,引来各大电池厂商、车企纷纷试水。又因其具有安全轻量、成本合理、支持快充等优势,成为下一代动力电池的最佳选择,更有望成为燃油车的终结者。

固态电池的电池结构设计正逐渐由减少液体的使用,向无液体的全固态电池迈进。当然,成本和研发双重壁垒还有待突破。要想在技术上完全走向成熟,固态电池还需要经过一段漫长的发展阶段,但固态电池大规模量产是引领新能源汽车技术潮流的第一步。

来源:中国能源网

文:李颖


免费声明:凡注明来源本网的所有作品,均为本网合法拥有版权或有权使用的作品,欢迎转载,注明出处,非本网作品均来自互联网, 转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对真实性负责。

共为您搜索到0条新闻

无匹配数据!