大家都知道電動汽車的優(yōu)點很多,但是缺點同樣也是不少。比如安全問題、續(xù)航問題、充電問題,那么有沒有可以解決的辦法呢?
其實很多企業(yè)都已經(jīng)在努力研究了,成果也是非常多。比如鋁離子電池,國內企業(yè)研究的鈉離子電池和固態(tài)電池。尤其是固態(tài)電池,理論上不論是續(xù)航還是安全性都有很大的提升,同等質量下,續(xù)航至少是液態(tài)鋰電池的兩倍。
什么是固態(tài)電池呢?
其實固態(tài)電池并不是一個新鮮事物,很多年前就已經(jīng)有電池相關企業(yè)研究了,比如比亞迪、國軒高科、寧德時代等都已經(jīng)有了很多相關的專利技術。
鋰電池根據(jù)液態(tài)電解質的含量分類,可分為液態(tài)、半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)四大類,其中半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)為固態(tài)電池。根據(jù)電解質材料不同,固態(tài)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(tài)電池可以分為固態(tài)鋰離子電池和固態(tài)鋰金屬電池。
固態(tài)電池有以下特點:
1、電導率高,一般商業(yè)化電解質電導率范圍在3×10-3~2×10-2S/cm,雖然固態(tài)電解質電導率不如液態(tài)鋰電池,但是完全夠用了。
2、穩(wěn)定性好,固態(tài)電解質不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發(fā),消除了傳統(tǒng)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(tài)電解質可達到5V。高電壓意味著可在單體電芯內部進行串聯(lián),從而將單體電芯做得更大。
4、高鋰離子遷移數(shù),離子遷移數(shù)達到1是最理想的狀態(tài)。
固態(tài)電池真有這么好嗎?
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(tài)電解質改善電導率低的問題。不過由于鋰金屬極度活躍的特性,又會出現(xiàn)新的界面問題和穩(wěn)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(wěn)定性和安全性的材料體系。
那么前景如何呢?
隨著固態(tài)電池技術提升,液態(tài)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,工作溫度范圍擴大三倍以上。生產工藝流程有望得到簡化,可以實現(xiàn)比傳統(tǒng)鋰電池更低的成本。材料足夠好的話,電池循環(huán)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。
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(guī)模推廣。
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