（未来电车）谁才是未来电动汽车最终选择的超能电池？
作者：中力智电 日期：2024-04-24 人气：24
近年，固态电池被科学界视为可以继承传统锂离子电池地位的电池。狭义上，固态电池是指电芯中含有较高质量或体积比的固体电解质，同时含有少量液体电解质的电池。广义上，固态电池包括混合固液锂电池和全固态锂电池，固液混合锂电池又包括半固态和准固态。这里做下说明，锂离子电池（Li+）和锂电池（Li）是有本质上区别的，锂离子电池（Li+）才是我们日常谈论热议可充放的锂电池，因日常称呼上将两者混淆，我们本文讲的“锂电池”都是指锂离子电池（Li+）。 固态电池是一种采用固态电解质的锂离子电池，主要由固态电解质、正负极活性物质组成。传统锂离子电池采用液态电解质，存在易泄漏、热稳定性差、电池内部短路引起起火爆炸等一系列安全隐患。与传统锂离子电池电池相比，固态电池优点明显：循环寿命长，安全性好，能量密度高，具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发、工作温度范围宽且回收方便的特点，而且其续航能力是传统锂电池的2-3倍。 固态锂电池按电池电解质的不同，可以分为无机固态电解质电池、聚合物固态电解质电池和复合固态电解质电池。无机固态电解质包括氧化物固态电解质与硫化物固态电解质。氧化物固态电解质的优点是循环性能良好，电化学稳定性高，成本较低，研发成本和难度相对较低，有望在半固态和准固态电池中广泛应用；其缺点在于材料总体电导率较低，界面接触差。硫化物固态电解质的优点是电导率高，工作性能表现优异，性能较好适配全固态电池；其缺点是易氧化且界面稳定性较差，研究难度较大。我国企业多选择氧化物固态电解质技术路线研究，而硫化物固态电解质的研究需要不断投入研发，实力和资本雄厚的企业更倾向于此，一旦实现技术突破将形成高技术壁垒。（1）轻——能量密度高。固态电池不必使用嵌锂的石墨负极，而是直接使用金属锂来做负极，这样可以明显减轻负极材料的用量，使得整个电池的能量密度有明显提高。（2）薄——体积小。传统锂离子电池中，需要使用隔膜和电解液，它们加起来占据了电池中近40%的体积和25%的质量。固态电池用固态电解质将其取代，正负极之间的距离可以缩短到甚至只有几到十几个微米，这样电池的厚度就能大大地降低。（3）柔——柔性化的前景，全固态电池使用材料厚度在毫米级一下，具有很好的柔性，经过使用适当的封装材料，可以经受住几百次到几千次的弯曲，而性能基本不衰减。 固态电池行业的行业特征：（1）技术壁垒高；固态电池区别于传统液体锂离子电池，具有更优的电化学性能，更高的安全性和更低的预期成本，但研发难度较大，目前仍有诸多技术难关亟待攻克。（2）降本空间较大；对于固态电池的预期成本，当下市场有75%的成本是可能被高估了，日后在技术攻关后，可以在加工流程上大幅度降低成本，并有利于固态电池的推广。（3）向全固态电池渗透式发展；随着未来我国第动力电池能量密度的要求不断提高，固态电池技术将是突破电池能量密度和安全性能的重大突破口。当前市场半固态电池只是液态电池向固态电池过渡的中间方案，日后将逐步实现准固态、全固态的目标。固态电池行业的产业链的上游为原材料矿产和电池材料供应商，中游为固态电池制造厂商，下游为固态电池的应用领域及回收利用。汽车行业正在经历从内燃机向电动动力系统的根本性转变。这一进展目前正在经历一些成长的阵痛，但下一代电动汽车(EV)电池技术的发展仍在继续。那么，固态电池、钠电池、锂电池和其他电池，其中一种解决方案会使电动汽车成为主导市场的选择，还是会有多种解决方案?锂离子电池是目前汽车制造商对电动汽车电池的首选，但它在汽车上的应用面临着多重限制。电池续航里程、价格、充电速度、使用寿命以及开采和安全问题一直阻碍着锂离子电池在电动汽车中的应用。虽然开发人员正在努力消除这些限制，但他们也在探索其他电池化学成分。制造固态电池是一个复杂而昂贵的过程。为大规模采用而扩大生产规模将需要持续的进步来降低成本。固态电解质的发展仍在继续，但在优化电导率和与电极材料的相容性方面仍然存在技术障碍。尽管存在这些挑战，但固态电池在解决与电动汽车相关的里程焦虑和显著改善充电体验方面具有巨大潜力，使其成为电动汽车广泛采用的游戏规则改变者。丰田(Toyota)和三星(Samsung)等公司的大量投资，目标是在本世纪末实现商业化。然而，固态电池仍然面临挑战。钠离子电池为电动汽车提供了另一个有趣的选择。钠比锂离子电池中使用的锂便宜得多，储量也丰富得多。这为降低电池生产成本提供了机会，而电池生产成本是许多消费者更容易获得电动汽车的一个关键限制。钠的丰富也减少了对锂开采的依赖，锂开采存在环境和道德问题。钠离子电池在较低温度下仍能保持良好的性能，这使其成为冬季严寒地区的合适选择，而锂离子电池在寒冷天气下效率较低。总的来说，钠离子电池为电动汽车市场的特定领域提供了一种具有成本效益和可持续性的替代方案。比亚迪(BYD)、宁德时代(CATL)和法拉第(faraday)等公司正在投资开发钠离子电池。这项技术有潜力在补充锂离子电池和使电动汽车多样化方面发挥关键作用，帮助电动汽车成为更容易获得和可持续的交通解决方案。另一种正在开发的新兴电动汽车电池类型是金属空气电池，包括锌空气、铝空气和铁空气等技术。与固态电池一样，与锂离子电池相比，金属-空气电池的化学成分具有更高能量密度的潜力，可以延长电动汽车的行驶里程。某些金属空气电池，如锌空气电池，利用现成的元素，消除了对复杂和潜在有害电解质的需求，成为更可持续的选择。大量材料的使用也有望降低电池的生产成本。然而，与所有电池一样，金属空气电池在电动汽车市场广泛应用之前仍面临重大挑战。与锂离子电池相比，目前的金属空气电池技术的寿命较短，而且频繁充电会大大降低电池的容量。锂-空气电池和其他一些金属-空气电池(如铝电池)都面临着金属枝晶形成的问题。这些结构会损坏电池并缩短其寿命。金属空气电池需要连续的空气流来运行，因此需要高效的进气和过滤系统，这增加了系统设计的复杂性并增加了能耗。无论如何，金属-空气电池仍然为未来的电动汽车提供了令人兴奋的可能性，因为它们具有较高的理论能量密度和更可持续的方法潜力。这些可能性促使金霸王(Duracell)、Rayovac和Nantenergy等公司投资于金属空气电池的开发。总体而言，金属-空气电池对未来的电动汽车前景看好，但要想在主流市场上与锂离子电池技术有效竞争，还需要不断的进步。
