鉅大LARGE | 點擊量:951次 | 2020年03月20日
新能源汽車井噴式發(fā)展 固態(tài)電池前景廣闊
2018年的我國車市在持續(xù)上升28年后迎來首次同比下降,但是新能源汽車領域卻繼續(xù)保持高速上升勢頭,1-十二月新能源乘用車批發(fā)100.8萬臺,同比上升88.5%。據據我國汽車工業(yè)協會預測,在2019年全年汽車銷量將與2018年持平,達到2810萬輛左右,而新能源汽車預計銷量將達到160萬輛左右,同比上升30%左右,我國成為名副其實的新能源汽車大國。
但是新能源汽車的發(fā)展毋庸置疑還收到了充電樁基礎設施及電池續(xù)航里程差等方面的制約。一方面,充電基礎設施不能滿足新能源汽車的發(fā)展,充電樁的城市布局和數量不合理,制約新能源汽車的發(fā)展。另外一方面,新能源汽車的快速發(fā)展關于動力來源和續(xù)航里程有了進一步的要求。由于動力鋰電池的能量密度較低,而且快充能力受限,電動汽車的續(xù)航里程和充電體驗較燃油車仍有劣勢,在當前鋰離子電池體系下,依靠高鎳三元正極、硅碳負極和電解液的組合將在3-5年內達到性能極限(能量密度上限350Wh/Kg),但仍無法徹底滿足動力鋰電池對安全性、能量密度與成本的要求。而固態(tài)電池在安全性與能量密度方面具備更大的潛力,無論是學術界還是產業(yè)界及生產廠商都給予了關注,在新能源汽車領域應用前景廣闊,是有望替代目前鋰離子電池的下一代電池。
固態(tài)鋰離子電池的特點
固態(tài)鋰離子電池指電池電解質部分采用固態(tài)材料的鋰二次電池。固態(tài)電池與傳統鋰離子電池不同在于固態(tài)電池以固態(tài)電解質替代了傳統鋰離子電池的電解液、電解質鹽、隔膜。
固態(tài)電池優(yōu)點一:安全性高,無自燃、爆炸風險。采用有機電解液的傳統鋰離子電池,在過度充電、內部短路等異常情況下容易導致電解液發(fā)熱,有自燃甚至爆炸的危險。全固態(tài)鋰離子電池基于固態(tài)材料不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題,且有望克服鋰枝晶現象。
固態(tài)電池優(yōu)點二:能量密度高,有望徹底解決電動汽車里程焦慮。一方面固態(tài)電解質無需隔膜與電解液,這兩部分在傳統鋰離子電池中加起來占據近40%的體積和25%的質量,另一方面由于沒有漏液、腐蝕等問題,可以簡化電池外殼及冷卻系統模塊,進一步減輕電池系統重量。此外,固態(tài)電池還具有循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬、可快速充電等優(yōu)點。
固態(tài)電池在安全性、能量密度和循環(huán)壽命三方面均具備優(yōu)于傳統鋰離子電池的潛力,因此也被視為下一代電池技術。
固態(tài)電池在新能源汽車中的應用任重而道遠
按照電解質材料的不同,固態(tài)電池可以分為聚合物、氧化物和硫化物三大體系。其中聚合物電解質屬于有機電解質,氧化物和硫化物屬于無機陶瓷電解質。總體來說,聚合物電解質技術最成熟,已經率先實現小規(guī)模量產,但是理論能量密度不及其他兩類電解質;氧化物電解質性能優(yōu)于聚合物電解質,但薄膜型氧化物電池容量較小、只能應用于消費類電子領域,非薄膜型氧化物電池技術相對還不夠成熟;硫化物電解質理論上最適合于電動汽車領域,但是開發(fā)難度最大。固態(tài)電池想要大規(guī)模使用(在電動汽車上),在綜合成本、制備工藝、規(guī)模效應降低成本方面還有很多的路要走。固態(tài)電池產業(yè)化的實現從根本上還是取決于材料工藝層面的突破,目前有關固態(tài)電池的專利遠超其它類型電池的綜合。高能量密度全固態(tài)電池的產業(yè)化應用,預計將耗時5-10年時間。部分先進公司會在2020年小批量生產固態(tài)電池,而真正大面積量產預計會在2025年左右。
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