固態電池要來了,再也不用擔心電動汽車的電池問題了

2022年11月23日17:19:09 科學 1302

大家都知道電動汽車的優點很多,但是缺點同樣也是不少。比如安全問題、續航問題、充電問題,那麼有沒有可以解決的辦法呢?

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其實很多企業都已經在努力研究了,成果也是非常多。比如鋁離子電池,國內企業研究的鈉離子電池固態電池。尤其是固態電池,理論上不論是續航還是安全性都有很大的提升,同等質量下,續航至少是液態鋰電池的兩倍。

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什麼是固態電池呢?

其實固態電池並不是一個新鮮事物,很多年前就已經有電池相關企業研究了,比如比亞迪國軒高科寧德時代等都已經有了很多相關的專利技術。

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鋰電池根據液態電解質的含量分類,可分為液態、半固態、准固態和全固態四大類,其中半固態、准固態和全固態為固態電池。根據電解質材料不同,固態電池可以分為聚合物、氧化物、硫化物三種電解質。按照正負極材料的不同,固態電池可以分為固態鋰離子電池和固態鋰金屬電池。

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固態電池有以下特點:

1、電導率高,一般商業化電解質電導率範圍在3×10-3~2×10-2S/cm,雖然固態電解質電導率不如液態鋰電池,但是完全夠用了。

2、穩定性好,固態電解質不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發,消除了傳統鋰離子電池中電解液泄漏、電極短路等安全隱患。

3、電壓高,固態電解質可達到5V。高電壓意味着可在單體電芯內部進行串聯,從而將單體電芯做得更大。

4、高鋰離子遷移數,離子遷移數達到1是最理想的狀態。

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固態電池真有這麼好嗎?

其實不然,電導性差導致高內阻,直接影響電池的能量密度與功率密度,因此會影響電池的快充性能。但是可以摻雜液態電解質改善電導率低的問題。不過由於鋰金屬極度活躍的特性,又會出現新的界面問題和穩定性問題。所以負極材料無法直接用鋰金屬,而是以石墨摻硅、硅替代石墨的方式,尋找既提高能量密度又保持穩定性和安全性的材料體系。

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那麼前景如何呢?

隨着固態電池技術提升,液態電解質含量逐步降低,負極逐步替換成金屬鋰片,能量密度有望至500Wh/kg,工作溫度範圍擴大三倍以上。生產工藝流程有望得到簡化,可以實現比傳統鋰電池更低的成本。材料足夠好的話,電池循環壽命可以無限提升。而且足夠安全,再也不用擔心起火爆炸等安全問題了。

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但是也有很多技術難題需要解決,比如導電率低,界面阻抗較大,正負極材料不能達到預期。還有就是前期成本比較高,價格是汽車動力電池的2-3倍,家用汽車還不能大規模推廣。

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