什么是固态电池?固态电池有什么优缺点?
一、什么是固态电池?
固态电池与目前主流的传统锂离子电池最大的不同在于电解质。固态电池则是使用固体电解质,替代了传统锂离子电池的电解液和隔膜。而传统锂离子电池主要由正负极材料、电解液和隔膜组成。正负极材料决定了电池的容量,电解液及隔膜作为传输锂离子的介质。这个就是本质的区别。
二、固态电池有什么优缺点?
固态电池具有安全性好、能量密度高、循环性能强等优点。缺点就是阻抗较大,成本较高。下面我们一一俩看一下。
1、安全性好。液态电解质的电池易燃易爆,容易造成安全隐患。固态电解质可以抑制锂枝晶、不易燃烧、不易爆破、无电解液走漏、不会在高温下发生副反应等。大电流下工作不会因出现锂枝晶而刺破隔膜导致短路,不会在高温下发生副反应,不会因产生气体而发生燃烧。
2、能量密度高。液体电解质电池能量密度超过500Wh/kg被认为是不可能的。全固态电解质后,电池可以不必使用嵌锂的石墨负极,而是直接使用金属锂来做负极,这样可以大大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。固态电池研发可提供的能量密度基本可达300-400Wh/kg。
3、循环寿命强。固态电解质解决了液态电解质在充放电过程中形成的固体电解质界面膜的问题和锂枝晶现象,大大提升了锂电池的循环性和使用寿命,理想情况能够达到45000次左右。
任何事物都是有双面性的。有优点必定有缺点的存在。固态电池也不是万能的。也是存在对应的缺点的。下面是固态电池的2个缺点。
1、界面阻抗过大。固态电解质与电极材料之间的是以固态状态存在联系的,因此电极与电解质之间的有效接触较弱,离子在固体物质中传输动力学低。也就会造成界面阻抗过大的问题。
2、成本高。据了解,液态锂电池的成本大约在120-200美元/KWh。这成本价就很难降下来,所以很多的电池厂家都退而求其次,先研发更便宜但能量密度也不差的半固态电池。
三、固态电池市场格局
各国政府近年陆续出台政策扶持新能源汽车行业,多个国家明确固态电池发展目标和产业技术规划:2020-2025年着力提升电池能量密度并向固态电池转变,2030年研发出商业化全固态电池。
中国方面,部分企业已进入固态锂离子电池(半固态电池)中试阶段,2025年前或可实现量产,如宁德时代、辉能科技、深圳市格瑞普电池有限公司等。
日韩方面,丰田计划2022年实现搭载固态电池的电动车量产。目前全球范围内,日本企业的固态电池技术较为领先,许多日韩企业选择抱团研发。
欧洲则谋求在固态电池领域翻盘,欧美各大车企纷纷投资固态电池初创企业。例如美国高校衍生的初创企业Solid Power、Solid Energy Systems、Quantum Scape等。
很明显,固态电池领域已经进入“军备竞赛”阶段,市场参与者众多,车企、电池企业、投资机构、科研机构等在资本、技术、人才三方面进行博弈。
多数机构预期,按照目前发展情况,2025年固态电池将实现商业化量产。从演进角度,固态电池技术发展预计采用逐步颠覆策略,液态电解质含量逐步下降,全固态电池是最终形态。
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