固態電池是是未來鋰電的發展方向,2021年1月9日,蔚來汽車發布的新型電動轎車車型ET7采用了高能量密度360wh/kg的固態電池,引起業界關注。
蔚來新車型燃起固態電池火熱度
2021年1月9日,蔚來汽車發布了新型電動轎車車型ET7,其中一大亮點在于ET7采用了固態電池技術,具備超高能量密度360wh/kg,續航超過1000公里。蔚來“ET7”新車型號采用的固態電池能量密度超過北汽EU260、北汽樣車、哪吒U等。蔚來“ET7”新車型再度燃起固態電池的火熱度。
固態電池是未來鋰電的發展方向
固態電池是指采用固態電解質的鋰離子電池,其本質上仍是鋰電池,僅將電解液與隔膜替換為固態電池質。與傳統鋰電池相比,固態電池具備更高的能量密度以及更強的安全性,同時能夠克服穩定性差和充電效率低的問題。
從鋰電池技術發展的路徑來看,全固態是未來鋰電的發展方向。目前液態鋰電池能夠實現的能量密度已近極限。而使用全固態鋰電池能量密度具備突破500wh/kg的潛力。
目前處在的階段
目前,全固態電池分為三大技術路徑,分別是聚合物全固態電池、氧化物全固態電池和硫化物固態電池。聚合物全固態電池耐受高電壓、安全性好,但是電解質片易脆裂、界面電阻高、大容量電芯制造難度大。氧化物全固態電池基本適應高電壓離子,導電率最高,但是固固接觸持續變差、空氣敏感(成本高)。硫化物固態電池易于加工,可制備大容量電芯,但是溫度范圍較窄,一般在60-85攝氏度。
固態電池商業化仍需時日
不過,目前全球固態電池技術還不成熟,固態電池存在固-固界面接觸難題,內阻較大,循環性能、倍率性能差。與液態電解液相比,固態電解質的電導率/鋰離子遷移率低1-2個數量級,電導率低,全電池阻抗大,導致循環性能、倍率性能差。電極材料在充電時膨脹,放電時受挫,液態電解液一電極(液體一固體)接觸相對較好,而固態電解質一電極(固體一固體)難以保持長期穩定的接觸,并加大了固體電解質破裂或分離的可能,電池內阻較大。
同時,固態電池加工工藝流程較多,存在加工工藝難度大的問題。硫化物固態電解質對生產環境要求苛刻,需隔絕水和氧氣,加工工藝和大規模量產技術尚未解決。另一方面,固態電池生產成本多為生產過程成本。根據國際新能源網數據顯示,固態電池生產過程成本占比超50%,而鋰離子電池的生產過程成本僅為20%-30%;銀碳層大規模生產所需的貴金屬納米銀成本較高。因此,要實現固態電池商業化仍需時日。
全球參與主體較多
目前,中國、美國、日本、韓國、英國等國家的研究機構和企業都在積極研發固態電解質。布局的固態電池企業分為三大類,一類為創業型企業,如QuantumScape、Solid Power、輝能等,電池企業CATL、三星SDI等,車企如豐田等,這些企業選擇的技術體系也不相同,Bollore、IMEC選擇固態聚合物;TDK(MLCC)、輝能選擇氧化物體系;QuantumScape兼顧三大技術體系;CATL則選擇硫化物體系。但是,整體來看,全球范圍對全固態電池的量產時間預計至少在2025年以后。
車企通過注資鋰電池制造企業入局
近年來,我國車企通過注資鋰電池制造企業布局固態電池,如北汽、上汽、廣汽均先后參與了清陶能源的融資,而一汽在2020年4月參與輝能科技D輪融資。
無論如何,蔚來發布的新車型ET7讓固態電池的關注度進一步提升。鋰電池制造廠商在2025年后實現固態電池量產值得大眾期待。
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