三元锂电池可能是固态电池的最终形式吗？
来源：宝鄂实业
2019-11-10 22:14
点击量：次
三元锂电池可能是固态电池的最终形式
动力电池是电动汽车的核心部件，其性能对电动汽车的整体性能起着决定性的作用。在电动汽车飞速发展的时代，更大功率的电池无疑是各大汽车公司和电池厂商无止境的研发对象。
目前锂离子电池系统,依赖于高镍三元正极、硅碳负极,电解质,将达到每公斤350瓦时限制在未来5年内,将无法满足安全、权力的电池能量密度和成本要求。
固态电池有两个非常显著的优点。一方面，传统的有机电解液锂电池在充电过度、内部短路等异常情况下容易使电解液升温，存在自燃甚至自爆的安全隐患。固态电池是以固体材料为基础的不燃、不腐蚀、不挥发、不泄漏等条件，其安全系数比锂离子电池具有先天优势。
第二，固态电池有望完全解决纯电动汽车在最关键的能量密度方面的里程焦虑。锂离子电池在当前系统下的性能已接近极限。即使特斯拉NCA 18650电池下的电池组也可以达到250瓦特时/kg的能量密度，Model 3使用的21700电池可以达到300瓦特时/kg的能量密度，支持400 - 500公里的续航里程，但仍然无法解决续航焦虑。
根据现有技术的路线,如果三元锂电池仍希望进一步提高能量密度,只能继续增加镍材料或添加CA。然而,高镍的可怜的热稳定性意味着容量密度的增加也意味着其稳定性的降低,电池内部的热的反应将会更加激烈,和安全风险将成为一个更大的问题。
固体电池的电解液不需要隔膜和电解液，也没有泄漏、腐蚀等问题。简化了电池外壳和冷却系统模块，进一步减轻了电池模块的重量，达到了节能的效果。此外，新的阳极和阴极材料可以使电化学窗口达到5V以上，并从根本上提高能量密度，预计达到500瓦时/公斤。
由于安全与能量密度突破的问题，新能源汽车行业主管部门也对动力电池的性能提出了更高的要求。根据汽车行业的中长期发展规划及路线图节能和新能源汽车技术、动力电池系统的能量密度需要达到350瓦特时/公斤2025年和2030年之间达到范围要求市场上最好的电动汽车。
目前，很明显，单靠锂电池技术无法实现这一目标。为了保证动力电池的高能量密度和安全性，固态电池的发展给整个新能源汽车行业带来了光明。因此，固态电池被广泛认为是下一代动力电池发展的正确方向。
固态电池很好，但根据目前的发展，还有两个技术挑战。一是室温下固体电解质的离子电导率不高;二是固溶质量与正负电极的界面阻抗较大。
这类问题存在于聚合物、氧化物和硫化物等固体电解质中，世界各地的主要汽车制造商和电池制造商都在使用这些电解质。具体来说，该聚合物的耐温性差，稳定性差，离子电导率低。氧化物的电阻大于原子价，但离子电导率达不到要求。虽然硫化物的导电性很好，但由于材料稳定性差，导致离子输运性能不足。
一般来说，具有高安全性和潜在容量密度的固态电池必然是下一代动力电池的研究方向。但是，目前还没有大规模生产的产品能够在各个方面明显超越传统的锂离子电池。我们只能希望固态电池技术尽快成熟，让电动汽车的续航里程不再成为通勤者的焦虑。
