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[固态铝电解电容器的应用]元宝淘车客|固态电池即将商用,其他动力电池新技术进展如何?

作者:慕青      发布时间:2021-04-20      浏览量:0
蔚来固态电池1月9日,蔚来发布了固态电

蔚来固态电池

1月9日,蔚来发布了固态电池包,总电量可达150kWh电池包,装配在ET7上,续航里程将超过1000km。

蔚来方面表示,该电芯密度达到360Wh/kg,电池包能量密度能提升50%。

蔚来汽车官方透露,搭载这种技术的蔚来电动车预计将于2022年第四度交付。这是首款明确确定了量产商用固态电池的车型。

可以看到,作为最有希望的下一代电池,固态电池似乎已经到达产业化应用的前夜。

被称为下一代的电池技术有很多,除了固态电池,还有锂空气电池、锂硫电池等等。

这些技术的进展如何?优势和短板又有哪些?

2021年1月9日,国轩高科第十届科技大会第二天,中科院物理所研究院李泓、厦门大学教授董全峰和中国科学技术大学教授陈春华就对上述三种技术的进展状况进行了阐述。

1.固态电池有望率先量产

蔚来日上,蔚来透露,采用的固态电池采用了原位固态化技术。根据《电动汽车观察家》目前掌握的信息,北京卫蓝新能源科技有限公司一直在研发原位固态化技术,很有可能就是蔚来的供应商。

所谓原位固态化,通俗一点说就是把液体转化成固体,比如说先加入液体,加入液体之后就液体能够跟颗粒很好的浸润包覆,然后再将液态转化为固态。这样也能做到原子尺度的结合,而不是宏观的把它们(电极材料和固态电解质)压在一起解决。

根据中科院物理所研究员李泓的介绍,原位固化是物理所的成果,他们的核心理念是,通过注液保持良好的电解质与电极材料的原子级接触,之后通过化学或电化学反应,将液体电解质部分或全部转换为固体电解质,综合平衡高电压、安全性、锂枝晶、体积膨胀和接触内阻等问题。

北京卫蓝新能源科技有限公司作为中国科学院物理研究所固态电池技术唯一的产业化平台,正致力于将这一技术进行产业化。

具体来看,卫蓝主要通过七方面达到这一目的。

首先,原位固态化技术,解决固固界面问题,让固态电池充放电更快捷、持久和安全;其次,采用原子级键合技术,让固态电池循环过程更稳定;第三,采用复合金属锂技术,让固态电池能量密度更高,全寿命体积膨胀更小,循环寿命更长;第四,固态电解质技术,让固态电池能在高温状态下工作,显著提升电池安全性;第五,通过离子导电膜技术,让固态电池电极与隔膜直接界面更稳定,离子传导更快捷,来支持全固态电池发展;第六,三维集流体技术,让固态电池循环过程中的内阻更低,电子传导保持性更好;此外,还采用新型电池装备,让固态电池电芯具有新的性能,产品能够实现量产。

当然,市场上生产固态电池的企业数量很多,中国除了卫蓝,还有辉能、清陶、赣锋锂业、宁德时代、国轩高科等,几乎所有锂离子电池企业都在研发固态电池。他们的具体解决方案都略有差异。

在这些企业努力下,固态电池产业化似乎近在咫尺。

李泓预测称,2022-2023年,搭载混合固液电解质电池的产品将会出现。到2025年,有可能形成百Gwh体量,然后再逐渐替代液态电池。不过李泓也表示,到那时液态锂电池规模很可能达到800-1000GWh。固态电池也就是10%—20%的占比,所以要谈固态电池的产业化和占比,应该以10年时间作为发展尺度,才有可能形成一个比较高的市场占有率。

从行业发展程度也可以大致推断,蔚来ET7搭载的固态电池很大可能是固液混合电池,也就是半固态电池。

人类对高能量密度电池的追求是没有止境的。不过,尺有所长、寸有所短。从目前技术进展来看,能量密度越高的锂电池,其循环性能越差。

其中锂空气电池和锂硫电池就是典型。

2.锂空气电池难点颇多

先来看比能量最高的锂空气电池。

从材料来看,锂和空气都是自然界非常常见的物质,在某种程度上可以说是取之不尽用之不竭。

从数据上看,非水锂空气电池具有高达3449Wh /kg(以Li2O2 计算)的能量密度, 是目前商品化锂离子电池的5~10 倍。

仅追求比能量,锂空气电池显然非常合适,但是实际应用中,需要的是寿命、安全性、功率等等方面相互平衡。

目前,锂空气电池在比能量以外的短板就太明显了。而且锂空气电池中发生的反应比较复杂,还伴随着副反应发生。

从表现上来看,非水锂空电池氧电极电化学动力学反应非常缓慢,导致充放电能量效率低、充放电过电位高、倍率性能差、可逆性差以及循环稳定性差等特点。

厦门大学教授董全峰解释道,锂空气电池与锂离子电池最大的差异在于其活性物质为气体,反应后生成固态产物,因此必须提供足够的空间来存储这些产物,“如果没有这个空间,高容量就无从实现。”

为了解决这些问题,他们采取了一系列手段,例如固相表面催化、液相表面催化、开放结构电极以及功能性阻挡层等。

董全峰表示,这些策略可以较大幅度降低充电的过电位,取得了比较好的结果,“容量可以放到10000mAh/g以上。”

在董全峰看来,锂空气电池的重点是电极的氧化或充电过程,如果能够很好地解决充电过程,锂空气电池就迈出了很关键的一步。

目前看,固相表面催化取得了比较好的化学性能,大幅降低的充电过电位,“从原来的一点几伏降到零点几伏。”

但锂空气电池中