随着现如今能源的日益短缺,再加之下现如今环保主义的盛行,一个新的行业产生了,那就是新能源电动汽车,近两年来,新能源电动汽车迅速发展,而未来势必是纯电动汽车的天下,相对于燃料电池,固态电池的发展前途可谓是一片大好。而固态电解质又会给电动汽车的电池带来不同的改变。目前我们所使用的锂离子电池,普遍是三元锂电池,而如今由于政策以及应用的普及,三元锂电池成为主流技术的路线趋势也已经不可逆转,但三元锂电池的安全性仍没有得到很好的解决。因此人们讲目光放在了电解液,但锂离子电池通常采用有机溶剂作为电解液,电池在发生碰撞时,电解液将会在瞬间被点燃,并导致电池的爆炸。因此人们又将目光放在了固态电解质。从安全性来看由于固态电解质不可燃,无腐蚀性,不易挥发,也不存在漏液等问题,因此全固态电池具有极高的安全性。从能量密度来看,目前应用的三元锂电池的能量密度为200wh每千克,而采用固态电解质的话,锂电池的能量密度几乎可以翻一番。其次,固态电解质电池相对于液态电池来讲,在相同容量的电池组,固态电解质电池会更加轻。这样相同的汽车可以放更多的固态电池。续航里程也会大大提高。固态电解质还解决了液态电解质在充放电过程中形成的锂枝晶现象,大大提高了电池的循环性和使用寿命。因此固态电解质势必会成为未来新能源电动汽车的主流,固态电解质也终将会成为电动汽车的核心关键。
随着现如今能源的日益短缺,再加之下现如今环保主义的盛行,一个新的行业产生了,那就是新能源电动汽车,近两年来,新能源电动汽车迅速发展,而未来势必是纯电动汽车的天下,相对于燃料电池,固态电池的发展前途可谓是一片大好。而固态电解质又会给电动汽车的电池带来不同的改变。目前我们所使用的锂离子电池,普遍是三元锂电池,而如今由于政策以及应用的普及,三元锂电池成为主流技术的路线趋势也已经不可逆转,但三元锂电池的安全性仍没有得到很好的解决。因此人们讲目光放在了电解液,但锂离子电池通常采用有机溶剂作为电解液,电池在发生碰撞时,电解液将会在瞬间被点燃,并导致电池的爆炸。因此人们又将目光放在了固态电解质。从安全性来看由于固态电解质不可燃,无腐蚀性,不易挥发,也不存在漏液等问题,因此全固态电池具有极高的安全性。从能量密度来看,目前应用的三元锂电池的能量密度为200wh每千克,而采用固态电解质的话,锂电池的能量密度几乎可以翻一番。其次,固态电解质电池相对于液态电池来讲,在相同容量的电池组,固态电解质电池会更加轻。这样相同的汽车可以放更多的固态电池。续航里程也会大大提高。固态电解质还解决了液态电解质在充放电过程中形成的锂枝晶现象,大大提高了电池的循环性和使用寿命。因此固态电解质势必会成为未来新能源电动汽车的主流,固态电解质也终将会成为电动汽车的核心关键。
目前纯电动汽车主要搭载的是三元锂电池,部分车型使用的是磷酸铁锂电池,这两种电池相比三元锂电池的能量密度相对较高。另外,这两种电池均属于液态锂离子电池,在后期使用过程中容易发生热失控现象,而且受温度影响较为明显。为了缓解这种状况,目前很多电池企业开始布局固态电池领域。固态电池采用了固体电解质,那么固体电解质可以给电池带来哪些变化呢?稳定性更高固体电解质相比液体电解质来说,在后期使用过程中不容易发生锂枝晶现象,所以可以有效的缓解液体电解质在使用过程中出现的热失控,同时也提升了循环使用寿命。根据数据显示,目前采用固体电解质的固态电池循环次数能达到约45000次。而且固态电池采用了固体电解质,拥有更宽的温度工作范围,目前基本可以保证保证-25℃?60℃的温度范围。能量密度更高相比采用液体电解质来说,固体电解质能量密度更高。因为采用固体电解质后可以不必使用嵌锂的石墨负极,而是直接使用金属锂来做负极,这样就可以降低负极材料的用量,目前固态电池可提供的能量密度基本达到了300-400Wh/kg。成本高,充电时间长虽然采用固体电解质的固态电池具有的优势比较明显,但是同样缺点也是存在的,而正是由于采用了固体电解质,所以界面抗阻较大,导致充电时间长。另外,目前固态电池仍处在发展的初级阶段,所以生产成本同样较高,而这两方面也制约了固态电池的发展。写在最后所以从上述情况不难看出,固体电解质可以给电池带来更高的稳定性和能量密度,但是同时生产成本也会增加,充电时间会在一定程度上有所延长,所以全面普及固态电池依然任重道远。
固态电池之所以被业内人士普遍认可为突破方向,是因为它在安全性和能量密度这组矛盾上实现了重大突破。固态电池是采用固态电解质的锂离子电池。工作原理上,固态锂电池和传统的锂电池并无区别:传统的液态锂电池被称为“摇椅式电池”,摇椅的两端为电池的正负两极,中间为液态电解质,锂离子在电解液中迁移来完成正负极间的穿梭实现充放电,而固态电池的电解质为固态,相当于锂离子迁移的场所转到了固态的电解质中。固态电解质是固态电池的核心。固态电解质不可燃烧,极大提高电池安全性。与传统锂电池相比,全固态电池最突出的优点是安全性。固态电池具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性,从根本结构组成上避免了传统锂离子电池中的电解液泄露、电极短路等现象,降低了电池组对于温度的敏感性,根除安全隐患。同时,固态电解质的绝缘性使得其良好地将电池正极与负极阻隔,避免正负极接触产生短路的同时能充当隔膜的功能。目前针对钴酸锂的电解质溶液可以充电到4.45V,三元材料可以充电到4.35V,继续充到更高电压,液态电解液会被氧化,固态电解质的电化学窗口更宽,可达到5V,更加适应于高电压型电极材料。这就意味着动力电池的能量密度有望大幅突破三元锂电动力电池的上限,固态电解质对锂金属负极兼容性更好,减轻系统重量,固态电池系统重量减少进一步提升能量密度。固态电解质界面阻抗高于传统液态电解质。综上所述,固态电池产业有望获得超速发展。固态电池承载着电池安全与能量全面提升的历史使命,未来有望成为行业的新爆发点与关键性技术保障。当固态电池进入电动汽车后,标志着纯电动汽车将进入成熟期。
众所周知,现在只所以发力发展固态电池,不仅考虑到了安全的问题,同时也有能量密度的因素,但很多人对能量密度的提升,仅限于是固态电解质肯定比水更轻,而且对散热系统的要求也没那么高,本身的重量下降了,自然能量密度就提高了。然而,固态电解质带给电池的改变,其实并没有那么简单。目前我们所使用的锂离子电池,工作原理是通过锂离子不断在正负极之间往返运动做工的,充电的时候需要让锂离子嵌入到负极,放电就是锂离子从负极回到正极。为了提高电池的能量密度,就需要提高正极材料的容量,也需要更高的充电电压,才能尽可能多的把锂离子释放出来,这个时候问题就来了,提高正极材料容量没问题,但是液态电解质不支持很高的充电电压。类似于军队想要打胜仗,就必须多带一些人马,现在人马够多了,结果在行军途中遇到一条很宽的河,为了保证安全,不支持很多人同时渡河,否则就会就被河水冲走,过不去足够的人马,那你带再多的人在河这头等着,也是没用的,只能干着急。液态电解质就是这样,支持的充电电压有限,否则液态电解质就会出现被氧化,还会影响到正极材料。固态电解质在这个时候就充当了桥梁的角色,可以让更多的人同时过河,比游泳快多了。同样更多的人过了河,排兵布阵的方法也更多了,也就是负极的选择也更多了,甚至可以用上锂来做负极,这是液态电解质时代有着极高的难度,因为不知道液态电解质跟锂接触会发生什么,出现一系列的问题,技术人员是想都不敢想的,但是用上了固态电解质,这个问题就迎刃而解了。又反过来可以支持更加广泛的正极材料,也就是说在正负极都可以选用能量密度更高的材料,提升电池的能量密度。如此一来,就会发现,固态电池相对我们现在熟悉的磷酸铁锂和三元锂电池,还真不是液态电解质把固态那么简单。
固态电解质电池将会带来很大改变,例如更轻、碰撞起火风险更低,同时电池容量也将有15%-20%的提高。锂电池主要使用的电解质有高氯酸锂、六氟磷酸锂等。但用高氯酸锂制成的电池低温效果不好,有爆炸的危险,日本和美国已禁止使用。而用含氟锂盐制成的电池性能好,更安全,适用性强,特别是用六氟磷酸锂制成的电池,除上述优点外,将来废弃电池的处理工作相对简单,对生态环境友好,因此该类电解质的市场前景十分广泛。
