未來十年鋰離子電池和固態(tài)電池將持續(xù)升級(jí)
時(shí)間:2021-01-25 08:42來源:中國(guó)汽車工業(yè)信息網(wǎng) 作者:劉倩
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目前，新能源汽車主要裝配的電池是鋰離子電池，由石墨作為負(fù)極，然后磷酸鐵鋰或者三元或者鈷酸鋰做正極，電解質(zhì)是可燃的液體電解質(zhì)，容易引起安全憂慮。當(dāng)能量密度到了300瓦時(shí)/公斤時(shí)，就到了液態(tài)鋰離子電池的一個(gè)極限。因此，預(yù)計(jì)下一步一方面鋰離子電池會(huì)持續(xù)有新的研究與發(fā)展，另一方面或許就要發(fā)展固態(tài)電池或者說我們逐漸要過渡到全固態(tài)鋰電池。
一、鋰離子電池的升級(jí)換代
我們可以看到，現(xiàn)在性價(jià)比最好的動(dòng)力電池是磷酸鐵鋰，這就是為什么Model 3等等這些都有用磷酸鐵鋰，因?yàn)槟壳暗牧姿徼F鋰性價(jià)比最優(yōu)，每個(gè)瓦時(shí)的單體電池已經(jīng)到了五毛錢以下的成本，還有沒有降的空間，擴(kuò)大規(guī)模是可以降的，但是我們可以看到動(dòng)力電池的材料還在一代一代地發(fā)展。
而三元電池正在往減鈷加鎳的方向發(fā)展，磷酸鐵鋰后面還有鎳錳酸鋰，鎳錳酸鋰它的優(yōu)點(diǎn)就是電壓高，相對(duì)于我們今天的金屬鋰來講是4.7V，拿石墨做負(fù)極，做電池做出4.5V電池，磷酸鐵鋰是3.2V，三元材料是3.6V，可以看到分別高40%和20%多。
同樣尺寸的一塊電池，你不用更換它的負(fù)極，也不用更換銅箔、鋁箔，也不用更換電解質(zhì)隔膜，把它的磷酸鐵鋰換成鎳錳酸鋰，電壓就升到4.5V，基本上容量可以保持不變，因?yàn)殒囧i酸鋰的比容量是130多mAh/g，磷酸鐵鋰是160左右，但是它的密度高。所以同樣的尺寸，容量基本上不變，電壓提升40%，也就是說它的能量可以提升40%。電動(dòng)汽車做到了今天的話，我們更關(guān)注的是電池的體積能量密度，而不再是比能量的。
另外，鈉離子電池或者也將成為一個(gè)發(fā)展方向。如果說全世界的車都用鋰離子電池來，全世界的電能都用鋰離子電池儲(chǔ)存的話，是根本不夠的。所以一定要考慮新的電池，鈉離子電池或許是首選。鈉離子電池中的鋰的含量相當(dāng)少，只有0.0065%，鈉的含量2.75%。我們以磷酸鐵鋰電池（鋰離子電池中最便宜的）作為一個(gè)對(duì)比，它每瓦時(shí)的原材料成本是3毛4，鈉離子電池的原材料成本每瓦時(shí)是2毛6，成本價(jià)格更有優(yōu)勢(shì)。
目前，有機(jī)構(gòu)的研究表明，6安時(shí)軟包裝鈉離子電池的能量密度達(dá)到了145瓦時(shí)/公斤，5C充/5C放是1C充/1C放容量的90%， 10C充/10放容量是1C充/1C放的70%，應(yīng)該說快充性能比鋰離子電池還好。它的循環(huán)性，1C充/1C放的循環(huán)性可以大于6000次，3C充/3C放可以到3000次，成績(jī)也是不錯(cuò)的。另外，它的高低溫性能，在高溫60度存放7天，容量有所下降，在常溫下可以很快恢復(fù)；充滿電以后在85度存放7天,容量降低后，在常溫下容量依舊可以恢復(fù)。從循環(huán)性上來講，鈉離子電池在80度的循環(huán)性還是相當(dāng)好，將近1000次容量保持78%。低溫性能來說，負(fù)40度還可以完成充放電。
二、固態(tài)電池面臨技術(shù)破壁機(jī)會(huì)
固態(tài)電池未來的十年是破壁的十年，全固態(tài)電池是最理想的模式。全固態(tài)電池跟固液態(tài)電池相比，實(shí)際上是革命性的東西。第一個(gè)階段，鋰離子電池固態(tài)、液態(tài)互相學(xué)習(xí)，固液態(tài)會(huì)得到很好的發(fā)展。第二個(gè)階段，全固態(tài)電池600-800瓦時(shí)/公斤，有更好的安全性，這個(gè)必然是革命性的。
2018年固態(tài)電池能量密度到了300瓦時(shí)/公斤，2019年也有生產(chǎn)基地建成。現(xiàn)在固態(tài)電池產(chǎn)品已經(jīng)供給無人機(jī)使用，電池安全性都通過了測(cè)試。它的原材料包括硅碳負(fù)極都在批量的生產(chǎn)，同時(shí)固態(tài)電池所需要的涂固態(tài)電解質(zhì)材料的隔膜也可以批量生產(chǎn)。
固態(tài)電池會(huì)擺脫對(duì)一些過渡金屬的依賴，制造方法也會(huì)隨之改變，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也發(fā)生創(chuàng)新。而且，固態(tài)電池不僅僅是指鋰離子電池，固態(tài)電池會(huì)走向金屬鋰電池，也不排除金屬鈉電池，也不排除空氣電池，所以十年破壁會(huì)有很好的機(jī)會(huì)。
因此，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，和市場(chǎng)不同層面的需要，相信不同種類，不同特性的電池都將根據(jù)自身特點(diǎn)不斷完善，配置應(yīng)用到合理的場(chǎng)景，并不斷的促進(jìn)電池技術(shù)的迭代升級(jí)。
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