鉅大LARGE | 點擊量：637次 | 2021年11月25日
淺談電動汽車和動力鋰電池技術發(fā)展趨勢
為了應對“排放門”和全球各國日益嚴格的汽車排放法規(guī)要求，大眾汽車制定了“Together-Strategy2025”策略，并在2016年六月宣布：截至2025年將公布30款純電動汽車EV，并且銷量目標將達到200萬-300萬輛(占大眾所有車型銷量的20-25%)，相當激進的計劃。戴姆勒也宣布截至2022年將公布20款純電動汽車EV和插電式混合電動汽車PHEV(占總銷量25%)。寶馬也將截至2025年的電動汽車xEV的銷量比例設定在25%。特斯拉、通用、福特也宣布截至2020年將公布10-13款EV和PHEV。隨著全球電動汽車的快速上升，電池制造商也在熱火朝天的擴產、改進鋰離子電池(LIB)性能。
有關電動汽車的普及，產業(yè)分析師們也難得的達成了非常一致的看法：不斷提高電池能量密度、功率密度、快充能力，同時還要不斷降低成本。在成本方面，大眾市場總監(jiān)RichardoTomaz在采訪中說到：現(xiàn)在電芯成本到了1.5元/Wh左右的水平并不稀奇，因為Tesla(電池包：190USD/kWh)和GM(電芯：145USD/kWh)走得更快一步，成本甚至更低(盡管有評論懷疑是否是虧錢)，大眾甚至制訂了更為激進的2020成本目標(模塊及其制造成本：93USD/kWh)。
而在我國，逐年退坡的補貼政策也把降成本的壓力轉嫁到了電池上。在提高能量密度的同時，成本通常會新增，充電時間也會新增，這幾個參數(shù)之間看起來總是矛盾般的存在。例如，30kWh的日產聆風在50kW快充模式充滿80%的電量要30min不到(有網友報道二十多分鐘也能充到80%)，日產計劃通過提高充電電壓，從而把充電功率從50kW提高到150kW，但是即使這樣，充電也仍然要20min左右。當然，我們看到現(xiàn)在歐洲也已經在布局350kW的快充了，但是是否能快速的鋪開充電基礎設施還要觀察。目前而言，跟加油時間相比，快充技術仍然是個影響電動汽車普及的重要因素之一。
下表列出了傳統(tǒng)汽油車、HEV、PHEV、EV、燃料動力鋰電池車FCV、天然氣汽車等的一些優(yōu)缺點，其中，EV在續(xù)駛里程、充電時間、成本三個方面的劣勢再目前還是大家比較關注的，PHEV、FCV在成本上也是面對挑戰(zhàn)。
作為下一代鋰離子電池技術，全固態(tài)鋰離子電池被寄予厚望，它具有更高的能量和功率密度，還具備快速充電特性，電解質也不存在泄漏的隱患，被認為是應用于電動汽車的有力競爭者。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
下圖比較了幾種類型電池的能量、功率密度特性。從圖中可以看到，全固態(tài)電池在能量和功率特性上超過了如今的鋰離子電池。在能量特性方面稍遜于鋰硫電池、鎂離子電池和鋰空氣電池等新型電池。回顧固態(tài)電解質的研究歷史，多種電解質材料都得到了廣泛的研究。在2011-2016期間，東京工業(yè)大學的RyojiKanno教授發(fā)現(xiàn)了鋰、鍺、磷、硫基超離子導體，它們作為固態(tài)電解質的離子導電率都超過液態(tài)電解液。2016年，RyojiKanno和豐田汽車的YukiKato博士等報道了新的超離子導體，實驗室的研究數(shù)據(jù)顯示：其中一種Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3材料的離子導電率高達25mS/cm，另一種Li9.6P3S12材料也顯示出較高的電化學穩(wěn)定性(～0Vvs.鋰)，試驗電池的工作溫度范圍很寬，在-30~100攝氏度之間，功率特性優(yōu)于液態(tài)電解液的電池，快充性能極好，達到18C，循環(huán)壽命在500次容量保持率為75%。當然，這些實驗室的研究成果還要投入很多進一步的研究才能達到產業(yè)化的階段。
在科技轉化為商品的發(fā)展過程中，通常會用“魔鬼之河Devil'sRiver”、“死亡之谷ValleyofDeath”和“達爾文海Darwin'ssea”來形容從基礎研究、產品開發(fā)和大規(guī)模商業(yè)化的幾個階段：
跨越魔鬼之河：要克服基礎研究和應用研究之間的困難和障礙
跨越死亡之谷：要克服應用研究和商業(yè)化的之間的困難和障礙
跨越達爾文海：要克服產品化和商業(yè)化之間的困難和占該，或者尋找新的商業(yè)模式
下圖概括了鋰離子電池跨越上述三個階段的時間，同時也對全固態(tài)電池的階段進行了預測。全固態(tài)電池的研究可以追溯到19世紀70年代，如今經過40多年了，一些新的超離子導體逐步被發(fā)現(xiàn)，這使得固態(tài)電池有機會逐漸從研究階段向產品開發(fā)階段推進變得有可能，這就可以看作是跨越了魔鬼之河。當很多人問到全固態(tài)電池什么時候可以實現(xiàn)商業(yè)化這個問題時，或許用這句話可以概括：它還要穿越“死亡之谷”和“達爾文?！?。正如如今的鋰離子電池也是經過十多年才跨越三個階段，而全固態(tài)電池或許還有更長的路要走完剩下的兩個階段，或許還要10-20年？
