鉅大LARGE | 點擊量：329次 | 2023年01月03日
動力鋰電池巨變已在前夜 固態(tài)電池是鋰電池發(fā)展方向？
這段時間固態(tài)電池又成了一個熱門話題，似乎鋰電池能量密度低的問題馬上就要解決了，純電動汽車里程焦慮也將成為過去。那么固態(tài)電池究竟是個什么東西，會帶來鋰電池的革命么？
在說固態(tài)電池之前先來回顧一下普通電池的結(jié)構(gòu)，它有點像我們?nèi)粘３缘幕ň?，先把面搟平了，然后在上面撒上蔥花，最后把它卷起來。鋰電池呢，最下面是一層銅箔，之上是一層石墨，再往上是絕緣層，最上面的是鋰離子材料。
其中，銅箔和石墨是負極，鋰離子材料是正極。然后把這些東西像做花卷相同卷起來就是電池了，當(dāng)然其中還有很多細節(jié)，比如添加電解質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘合劑等等，這里就不細說了。
充電池時，鋰離子從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反?？梢园唁囯x子理解成勤勞的工人，負極是他們的住所，正極是工作的廠。充電時工人們從廠回到家里休息；放電時則從家里前往廠工作。
在鋰電池中，參和放電只是鋰離子而已，它的質(zhì)量大概是整個電池的2%，其他的部件都是維持電池結(jié)構(gòu)和功能的，所以鋰電池的能量密度低的可憐。其中電解液和隔膜占了總質(zhì)量的20%左右，而固體電池就是將電解液換成了固體粉末，那么就省去了隔膜這個部件，另外固態(tài)粉末要比電解液體積要小。所以總體來看，電池能量不變重量減輕，能量密度是有所提升的。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
優(yōu)點不只是表面看上去的能量密度提升，前面有提到，鋰電池的充放電類似于工人在廠和家之間往返。但有個問題，為了維持正極的結(jié)構(gòu)，在充電時鋰離子不能全部移動到負極去，也就是有即使下班了，還要留一部分工人在廠值班，不然就會出問題。所以現(xiàn)在鋰電池的研究方向都集中在正極材料上，如何讓更多的工人回家休息，或者新增廠的面積，可以容納更多的工人。
比如NCM811電池，這是之前TSLA用的鋰電池型號，NCM代表鎳、鈷、錳三種元素，811是它們之間的比值；再比如CATL的NCM532、NCM622這些電池，都是在正極上面做修改，就是為了提升電池的能量密度。
固態(tài)電池由于節(jié)省了一部分材料以及改變了電解液，所以會省下來一部分空間，如此給正極的設(shè)計空間就更大，可以擴建那個廠了。另外固態(tài)電池甚至可以省略正極，在電壓的加持下，負極滲透過來形成正極，這樣給予正極的設(shè)計空間就更大了。
所以固態(tài)電池不僅看起來會提升能量密度，同時它的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢給予了電池設(shè)計更大的空間，當(dāng)固體電池技術(shù)愈發(fā)成熟后，能量密度會隨著設(shè)計的優(yōu)化，有更大幅度的躍升。
除了提升能量密度外，固體電池安全性能也有所提升。目前鋰電池中的電解液會和正極材料發(fā)生緩慢的化學(xué)反應(yīng)，這個過程中釋放很少一部分氣體，所以鋰電池都會設(shè)計一個泄氣閥。但假如發(fā)生意外，像穿刺、變形等情形，氣體就會大量出現(xiàn)隨后撐破外殼發(fā)生爆炸。
固態(tài)電池就沒這方面的問題，因為固體的電解質(zhì)不會出現(xiàn)氣體，自然爆炸的風(fēng)險就降低了很多。另外在遇到穿刺、擠壓等外力破壞時，固態(tài)電池也更加不容易發(fā)生短路。
能量密度更高、安全性更強，看起來固態(tài)電池?zé)o比美好，但離車載電池還是有一定距離。這里有一個問題就是接觸電阻，接觸電阻越大，電池快速充放電時出現(xiàn)的熱量也越大，會影響電池的性能。如何減小接觸電阻，這就要電池的突出的極耳和里面的正負極接觸面積越大越好。
原先這個極耳是浸潤在電解液中的，現(xiàn)在換成了固態(tài)電解質(zhì)，那么接觸面積就會小很多，所以面對大功率充放電時，熱量會很大。目前我看有關(guān)固態(tài)電池的一些論文中，很多新技術(shù)都是為了減小接觸電阻，新增電子流動速度。不過很多都是實驗室中的技術(shù)，未來何時能夠普及就不了解了。
另外，有關(guān)固態(tài)電池一些新技術(shù)，雖然可以支持大功率充放電，但是對電池壽命有影響，充放電循環(huán)次數(shù)只有現(xiàn)在電池的一半。所以，固態(tài)電池真正投入商業(yè)還是有不小挑戰(zhàn)。不過，固態(tài)電池一定是鋰電池的一個發(fā)展方向，現(xiàn)在大眾、福特、豐田、CATL、LG、三星等眾多公司都在作相關(guān)的研究，相信在市場的驅(qū)使下技術(shù)很快會得到突破。
至于說，今年年內(nèi)上市的固態(tài)電池，我還是有疑問的，畢竟它們沒有披露技術(shù)細節(jié)，不了解只是炒固態(tài)電池這一概念，還是有真的突破性技術(shù)。我認為比較靠譜的突破可能是3、5年后，目前鋰電池行業(yè)主流的觀點也是在2025年將能量密度提升到400Wh/kg，相較現(xiàn)在提升了33%。究竟發(fā)展速度有多快，我們還是拭目以待吧。
