鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:359次 | 2023年08月17日
固態(tài)鋰電池將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),三元鋰電池的地位真的會(huì)被取代?
十一月十九日,第二屆鋰離子電池技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇在昆山召開(kāi)。在論壇開(kāi)幕式上,清陶(昆山)能源發(fā)展有限公司邀請(qǐng)參會(huì)嘉賓參觀了國(guó)內(nèi)首條建成投產(chǎn)的固態(tài)鋰離子電池產(chǎn)線。據(jù)悉,這條生產(chǎn)線可日產(chǎn)1萬(wàn)只固態(tài)電池,電池的能量密度可達(dá)400Wh以上,目前產(chǎn)品將重要投用于特種電源、高端數(shù)碼等領(lǐng)域,并預(yù)計(jì)將在2020年進(jìn)入動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域,為車(chē)企供應(yīng)電池。此消息一出,幾乎是業(yè)界轟動(dòng)。
動(dòng)力鋰電池關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)就如同心臟一般,并且價(jià)格也占據(jù)整車(chē)的半數(shù)以上,因此,電池技術(shù)關(guān)于新能源行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要,假如無(wú)法突破目前水性鋰離子電池電容量的瓶頸,整個(gè)行業(yè)很有可能陷入較為困頓的局面。在未來(lái),不僅僅是家用車(chē),就連交通工具可能都要應(yīng)用電力能源,屆時(shí)對(duì)電池的要求將會(huì)更高。因此,可塑性更高的固態(tài)電池就成為了許多公司努力的方向,包括豐田、寶馬、奔馳、大眾等國(guó)際知名車(chē)企,以及日本經(jīng)濟(jì)省出資聯(lián)合的各大公司,都已開(kāi)始著手布局這個(gè)領(lǐng)域。
在昆山清陶公司的這次產(chǎn)線展示中,人們看到了這一幕:僅有指甲蓋厚度的電池包在被剪刀剪斷后,不僅沒(méi)有爆炸,甚至還在正常供電。此外,即使將其彎折上萬(wàn)次,電池容量衰減也沒(méi)有超過(guò)5%,并且針刺后電池進(jìn)水沒(méi)有燃燒或爆炸。事實(shí)上,固態(tài)鋰離子電池的確具備非常多的優(yōu)點(diǎn),因固態(tài)電解質(zhì)具有不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不漏液的性質(zhì),不會(huì)使車(chē)輛發(fā)生自燃事件,大大加強(qiáng)了安全性,的確是一種理想的電動(dòng)汽車(chē)電池材料。
目前主流電動(dòng)汽車(chē)普遍使用的三元鋰離子電池,其實(shí)存在一定的缺陷,因?yàn)闊o(wú)論從化學(xué)結(jié)構(gòu)是電池結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),三元鋰材料都非常容易發(fā)熱。假如不能把壓力及時(shí)傳導(dǎo)出去,電池就有爆炸的風(fēng)險(xiǎn),今年發(fā)生的數(shù)起電動(dòng)汽車(chē)自燃事件,也大半有此緣故。且就續(xù)航角度而言,三元鋰離子電池的單體能量密度目前也面對(duì)瓶頸,很難有所突破。假如要提高能量密度,只能新增鎳的含量或者添加CA,但高鎳的熱穩(wěn)定性很差,容易出現(xiàn)劇烈反應(yīng)。因此,目前只能在電池容量與安全性之間做出取舍。
即使是非常擅長(zhǎng)科技與技術(shù)研發(fā)的豐田也表示,固態(tài)電池在2030年才能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),可見(jiàn)固態(tài)電池的研發(fā)還是存在部分難題。事實(shí)上,固態(tài)電池由于不要液體的浸潤(rùn),僅要固態(tài)電解質(zhì)將正負(fù)極片隔開(kāi),那么金屬物質(zhì)材料的選擇就變得非常關(guān)鍵。而目前這項(xiàng)技術(shù)最大的挑戰(zhàn)也就在于,由于固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率總體低于液態(tài)電解液,這導(dǎo)致了目前固態(tài)電池的倍率性能整體偏低,內(nèi)阻較大,所以固態(tài)電池暫時(shí)無(wú)法滿(mǎn)足快充要求。不過(guò),導(dǎo)電率與溫度關(guān)系非常大,因此溫度較高的狀態(tài)下工作,會(huì)使得電池更好地發(fā)揮性能。此外,電池的導(dǎo)電率要維持在正常的水平,電流過(guò)高過(guò)低都有可能引起其他問(wèn)題。
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%
如今,以松下、寧德時(shí)代為首的公司的三元鋰離子電池研發(fā)技術(shù)已經(jīng)是爐火純青,即使是在短時(shí)間內(nèi)將固態(tài)鋰離子電池研發(fā)出來(lái),也難以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。畢竟,一項(xiàng)新的技術(shù)走向世界時(shí),總是要公司擁有相應(yīng)的產(chǎn)品量產(chǎn)量力,才能實(shí)現(xiàn)大面積的推廣與應(yīng)用。盡管目前的固態(tài)鋰離子電池還面對(duì)著很多的問(wèn)題,在能量密度上也暫時(shí)沒(méi)有太大的優(yōu)勢(shì),但其的確擁有非常高的安全性,假如能研發(fā)出合適的金屬材料,或許整個(gè)動(dòng)力鋰電池行業(yè),都將迎來(lái)新的突破。這也是我們希望看到的,畢竟不懈鉆研,才是真正的科研精神。能量密度比指的是單位重量電池的容量。圓柱形單體按目前國(guó)內(nèi)主流的18650(1.75AH)來(lái)算,能量密度比可達(dá)215WH/Kg,方形單體按50AH來(lái)算能量密度比可達(dá)205WH/Kg。系統(tǒng)成組率18650在60%左右,方形在70%左右。(系統(tǒng)成組率可以想象在箱子里面放火腿,方火腿之間的縫隙更小所以系統(tǒng)成組率更高。)
這樣算下來(lái)18650電池組系統(tǒng)能量密度比約為129WH/Kg,方形電池組系統(tǒng)能量密度比約為143WH/Kg。在未來(lái)18650和方形單體能量密度比達(dá)到相同的時(shí)候,成組率更高的方形鋰離子電池組將有更明顯的優(yōu)勢(shì)。
倍率性
充放電倍率=充放電電流/額定容量,倍率越高的電池所支持的充電速度越快。國(guó)內(nèi)制造主流水平能量型電芯18650在1C左右,方形可達(dá)1.5-2C左右(需處理好熱管理),距離政策目標(biāo)的3C都還有一些距離。但是方形制造工藝會(huì)越來(lái)越完善達(dá)到既定目標(biāo)3C是完全有可能的。