固态电池技术有望破解电动车安全难题
来源：宝鄂实业
2019-03-14 09:12
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黑龙江日报12月10日讯 作为电动汽车的“心脏”，动力电池与目前大热的新能源汽车一样备受瞩目。其中，锂离子电池因其具有能量密度高、自放电率低、循环效率高、循环寿命长等特点，颇受新能源汽车产业青睐，市场发展潜力巨大。但目前的锂离子电池技术尚未成熟，安全性不稳定的问题仍然存在，而发展固态电池技术或将成为破解电动车安全问题的新选择。
固态电解质成趋势
“现在所使用的锂离子电池成本较高，技术也不成熟，所产的锂离子电池存在不少安全隐患。”哈尔滨工业大学教授王振波表示。
据了解，近年来大型动力电池事故频发，很大程度上是由于电池内部使用液态电解质。“是否安全对锂离子电池储能来说非常关键。”清华大学材料学院副教授李亮亮强调。
“目前选择使用的液态有机电解液易燃易爆，用固态电解质代替液态电解液，是我们公认可以提升锂电池安全性能最为有效的方法之一。”中国科学院青岛生物能源与过程研究所副研究员董衫木表示。
李亮亮说：“固态电解质不易燃，还不会产生液态电解液，因此不带腐蚀性，是解决电池安全性问题的有效方法，也符合未来电池发展的趋势。”
技术瓶颈待突破
据了解，高安全性是储能电池应用的基础和前提，固态化是解决二次电池安全性的有效途径。固态锂电池已进入全球加快布局和研发的阶段，很多著名机构都在开发固态锂电池。包括韩国三星、日本丰田和我国众多电池和汽车厂商，都加大了固态电池研发投入，目前已有部分电池进入装车测试阶段。尽管前景可期，但由于技术和工艺上的种种问题，发展固态电池的道路绝非一帆风顺。
首先，高效的电解质材料体系缺乏。董衫木认为，“现今固态电池采用的固态电解质普遍存在性能短板，距离高性能锂离子电池系统的要求仍有不小的差距。”
其次，固态电解质和电极的界面处理也是固态电池目前面临的一大难题。“在固体电解质中锂离子传输阻抗很大，与电极接触的刚性界面接触面积小，在充放电过程中电解质体积的变化容易破坏界面的稳定。”李亮亮指出。此外，在固态锂电池中，电极内部还存在复杂的多级界面，电化学以及形变等因素都会导致接触失效影响电池性能。
再次，长期使用时稳定性不理想也是长寿命储能固态电池发展的瓶颈。
新技术层出不穷
据介绍，针对固态电池，我们要从最基础的材料、界面、单体，一直到最终的系统模块进行研究，只有从根本上解决了关键材料和界面问题，才能开展系统的工艺研究，从而满足单电池的性能要求。
面对发展过程中接连不断的挑战，各种新技术“百家争鸣”。
比如，在固体电解质材料上，业内发现基于石榴石结构的锂镧锆氧(LLZO)固体电解质体系的固态电池具有优异的循环性能和倍率性能，它也因此成为一大技术热点。“LLZO是一种性能优异的填料，能够提高聚合物基复合固态电解质的性能。基于LLZO的固态电池循环1000次后容量仍能保持81%。”李亮亮介绍。
而界面处理的研究热点主要集中在界面设计及修饰层上，目前凝胶化的界面设计已经取得了较好成果。通过凝胶态的聚合物对界面进行修饰，增加接触面积的同时还可以缓冲循环过程中的体积效应，在室温下经过300次循环，基本无退化，这样的结构设计较好的改善了电池性能。
现在制约电动汽车发展的有两个重要问题，一个是汽车电池能够支持电动汽车的最大里程数，另一个是汽车电池充满电的时间长度。如果不能追上普通汽车的续航能力，还有让充电时间少于或与加油时间持平，那么电动汽车普及根本无从谈起。
来自德国的托尼·皮耶希声称他的汽车企业已经解决了这两大难关，这位大众汽车创始人费迪南德·皮耶希的后人所创立的德瑞合资企业早在2010年上海世博会时就展示过他们的原型车。
现在他们的旗舰车是“Mark Zero”，这款电动跑车能在3.2秒内加速62英里/小时（100公里/小时），由一个前150kW电机和两个后150kW电机提供动力，而Mark Zero的续航里程将达到311英里（500公里）。Mark Zero的充电时间也比较短，用4分40秒的时间可以加80%的电量，也就是6分钟左右肯定能充满，相比于之前的电动汽车动辄充几个小时来说已经是一个飞跃性的进步。
托尼·皮耶希有一个雄心勃勃的计划，他将继续制造两座位、四座位和SUV车型的电动车，还将设计一种模块化电池的方法，让电动汽车的电池可以很容易的拆卸与更换，并且在未来电池技术升级之后仍然可以无缝衔接进行升级。
现在困扰着托尼·皮耶希的还有两个问题，第一个是他还没有找到一个能够量产制造Mark Zero的制造商，他还正在与大众公司进行着艰难的谈判。第二个是全世界还没有足够电动汽车基础设施，设计和建造充电设施、设备需要相当长的时间。托尼·皮耶希在中国找到了青岛特锐德电气公司进行合作，双方正在研制和建造更简单耐用的充电设施。
值得注意的是除了托尼·皮耶希之外，包括传统电动汽车强者特斯拉等外国车企正纷纷加入电动汽车的行列之中，一家菲斯克公司甚至号称做出了充电一分钟，续航804公里的3D打印汽车电池并要申请专利。在国外车企成果不断涌现的时候，我国的车企消息相对少得多。所以咱们应该要加把劲了，光是跟在别人屁股后面建充电桩而不掌握汽车电池和操作系统的核心技术，那我们就永远在汽车这个行业上落后还要“挨打”。
