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固态电池续航可超1000公里,能实现零自燃吗?或开启燃油车的末日
送交者: 牛员外[♂☆★★★★湖边健走★★★★☆♂] 于 2024-04-08 7:09 已读 9084 次 4 赞  

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也许是火候到了,具有划时代意义的固态电池突然就火起来了,受到了各家新能源车企的热捧!先有李斌亲自驾驶装有150度半固态电池的蔚来ET7,中途不充电行驶了1044公里。后有智己CEO刘涛宣布:智己L6将搭载“准900V超快充固态电池”,可轻松实现1000公里续航里程,这可是一款量产车。似乎就在一夜之间,曾经高不可攀的固态电池,就要“飞入寻常百姓家”了。 6park.com


不过很快就有人提出了质疑:不管是蔚来的150度电池包,还是智己LS6的超快充固态电池,其实都不是真正的固态电池,而是一种半固态电池。特别是智己,在宣传材料中似乎刻意将“半”字给隐掉了,有夸大的嫌疑。那么这个固态电池与半固态电池,到底有什么区别?半固态电池真就这么不堪吗? 6park.com


当然不是,即使是半固态电池,在性能上已经将液态锂离子电池远远地甩到了身后,而全固态电池则更上一层楼。如果半固态电池和固态电池能够成功普及的话,纯电汽车的续航里程和安全性都将大大增加。当一辆纯电车只需要充电20~30分钟,续航就达到1000公里时,人们似乎真的没有必要再开油车了。一句话:固态电池的量产,就意味着燃油车的末日即将到来。 6park.com


相信我这么说肯定会引来很多网友的质问,毕竟燃油车加油实在太方便,电车不仅充电麻烦,自燃起来还特别猛烈,劝退了不少人。但如果您了解过固态电池的好处,就会觉得有道理了。现在的纯电动新能源车不太招人待见,最大根源还是两条:一个是续航短,一个是电池不安全。

一台动辄20~30万的纯电车,标称的CLTC续航能写到600~700公里,然而实际跑起来就不是那么回事了。市区低速情况下的续航能到500公里就不错,高速能到400公里就谢天谢地。如果到了北方的冬季,高速120时速下能跑到300公里以上,那绝对得给个大赞!之所以如此拉垮,就是因为现在车上用的锂离子电池都属于液态电池,天生就有短板。 6park.com


液态锂离子电池是由正极、负极和液态电解液构成的。通过锂离子在电解液中的移动来实现充电和放电。充电时,电池正极失去了电子,从而生成了锂离子,从正极材料晶格中逸出,然后经过电解液移动到电池负极,嵌入负极材料中。而放电过程则刚好相反,锂离子从负极材料脱嵌,又经过电解液回到正极。 6park.com


在正极和负极之间,还需要加入一层隔膜,这是液态锂电池的一个重要组成部分。如果没有隔膜,正极和负极就很容易相互接触,形成短路,那就直接起火玩完了。隔膜不仅能够避免正负极接触,上面还有许多微小的小孔,供锂离子穿过。这样,一颗液态锂电池电芯就做成了。把大量的电芯堆叠起来封装好,就形成了一块车用动力电池。 6park.com


但是,这样做出来的液态电池做存在很多缺点。例如,液态电解液的电化学区间相对较窄,限制了正负极材料的选择,无法使用高能量密度的正负极,例如富锂锰基、尖晶石镍锰酸锂等,同样也不能匹配高能量密度的锂金属负极。

锂电池的能量密度高不高,在很大程度上取决于正负极材料体系的选择,电解液的使用严重限制了液态电池的能量密度上限,直接后果就是续航里程不高。 6park.com


另外,液态电池还有个很大的缺点就是热失控问题。在电池的充放电过程中,有一部分锂离子无法顺利的嵌入负极材料之中,会沉积在负极表面,形成锂枝晶。如果锂枝晶生长的比较严重,就会刺穿脆弱的隔膜,造成正负极接触短路,在短时间内产生大量的热量。在高温的作用下,电池正极表面形成的SEI膜、隔膜、电解液和正极材料会相继分解,产生热量和氧气,使温度进一步升高,造成热失控。 6park.com


可怕的是液态电解液普遍易燃,当温度升到电解液的燃烧条件时,电池就会起火,燃烧会非常猛烈,产生大量的气体,甚至会发生爆炸,留给车内人员逃生的时间比较短。一般的灭火器根本灭不了液态锂电池的火灾,只能等待积聚的能量释放完毕,这时车辆基本上已经完全烧毁了。 6park.com


引发热失控的还不仅仅是短路问题,当电池过充电、受到外部加热,或者遭遇机械碰撞时,都有可能发生。热失控导致了大量的新能源车自燃事件,以及在发生交通事故遭到猛烈撞击时的爆燃,严重影响了公众对新能源车的观感和购买欲望。 6park.com


为了提高电池的安全性,液态锂电池在设计时还需要留下足够的裕度,并采取大量防护措施,这进一步降低了它本身就不高的能量密度。液态电池的能量密度在理论上难以超过300Wh/kg,能做到200Wh/kg就很不容易了。

正是为了解决液态电池的这些问题,固态电池横空出世了!固态电池顾名思义就是采用固态电解质代替了液体的电解液。固态电解质可以采用高分子聚合物、硫化物或者氧化物,同样可起到让锂离子穿过的作用,但固态材料化学活性低,耐高温不易分解,也不易燃烧,同时具有相当好的力学强度,能够抑制锂枝晶的形成,即使形成了枝晶也很难刺破固体材料,避免了短路的风险,这样对隔膜的要求就大大降低了。 6park.com


在这种情况下,固态锂电池可以放心大胆的使用高能量密度的正负极材料体系,轻松突破能量密度上限,达到几百个Wh/kg都是小菜一碟,李斌试驾用的那块电池就是360Wh/kg,将来出现500Wh/kg的固态电池也不会令人意外。另外由于不易短路、耐高温和不易燃的特点,固态电池可以省去很多安全措施,进一步提高能量密度,还大大降低了热失控的风险,实现零自燃也不是没有可能! 6park.com


那就会有网友问了:既然固态电池技术这么好,为什么不从一开始就用呢?为什么当下电动汽车绝大多数用的还是液态电池呢?不得不说,固态电池也不是完美的,它也有缺点,最大的短板就是太贵!固体电池使用了大量的新型材料,成本很高,制造工艺也不成熟,在研发和设备设施上的投入比较大,各种因素都使得价格居高不下,根本不是家用车所能承受的。

除此之外,固态电池还有一些技术上的缺点。由于电解质是固体,与正极和负极之间就形成了固体接触面,很难实现完全无缝隙的完美接触,导致有效接触面积减小,阻抗增大。在经过多次充放电循环后,由于不断膨胀收缩,固体界面的缝隙会越来越大,会造成电量严重衰减。另外,固态电解质整体的电导率也比液态电解质低。 6park.com


所以说,全固态电池并没有很多人想象的那么美好,由于存在上述缺点,即使到了现在,全固态电池要想普及开,难度也是非常大的。正是为了解决全固态电池的问题,加快技术更新迭代速度,半固态电池就有了用武之地。

所谓半固态电池,就是没有完全放弃液态电解液,还是加入了一部分。这些液体可以灌满固态电解质与正负极之间的缝隙,产生良好的接触,消除了固体界面问题,电导率也得到了提升。一些半固态电池被称为“果冻”电池,就是采用原位固化技术,在电解液中形成聚合物凝胶网络,形似果冻。 6park.com


半固态的电解质也具有一定强度,能够避免锂枝晶造成的短路,在能量密度和安全性方面虽然比不上全固态,但相比传统的液态电池有很大提升。再加上半固态电池的结构其实与液态电池比较类似,可以兼容现有的液态电池生产线,工艺相对成熟,能够有效的降低成本。如此一来,半固态电池就更容易实现大规模量产和装车。

即便如此,半固态电池现阶段的价格还是远高于液态电池。李斌试驾时用的那块150度半固态,他自己都承认有30多万的成本,足够买一辆豪华燃油车了。但是随着技术和生产工艺的不断进步,以及产量的增长,半固态电池成本的快速下降是可以预见的。在这一点上,半固态电池相比全固态电池有明显的优势,更容易走入寻常百姓家。 6park.com


不管是半固态还是全固态,只要能普及,都会大大增加纯电动汽车的续航和充电速度,充电半小时跑1000公里将不再是梦想,足够绝大部分人跑长途了,再考虑到电池安全性也会大大提高,车主们将不再有后顾之忧。燃油车面对这样的挑战,最后一点优势也会被剥夺,实在是无力招架。现在,你相信燃油车的末日即将到来了吗?

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