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全固態電池技術的分析

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年11月26日  

前段時間,國外媒體紛紛發布了一條消息,電動汽車品牌Fisker申請了一個固態鋰電池專利,最高續航800公里,充電只要1分鐘。

大家沸騰起來,簡直一舉解決了續航和快充兩大難題。

FOX電視臺還請Fisker本人上節目采訪。Fisker說1月的CES他們將會對外展示這項技術,真正量產預計要到2023年,屆時價格將只有鋰電池的三分之一。

2017年年中,Fisker才發布了下一代Emotion車型,使用鋰電池,續航為640公里,充電9分鐘可行駛200公里。

再早一點兒,2016年,Fisker首發了Emotion官圖,夕陽下蝴蝶對開門的車身剪影很驚艷。當時說的是使用石墨烯電池,續航640公里——史上首款續航超過480公里的豪華電動汽車。

因為那個時候特斯拉的ModelS100D還沒出,90D續航是450公里。

固態電池

▲FiskerEmotion

那么,什么是固態電池?全固態電池到底是一種什么樣的技術?

如果通俗地講,全固態電池就是里面沒有氣體、沒有液體,所有材料都以固態形式存在的電池。

而考慮到現在人們日常生活中最為常見的電池為鋰離子電池,我們在這里將默認把“全固態鋰離子電池”當做全固態電池的代表(暫時忽略全固態鋰硫等新型電池)。

本文也會著重介紹全固態鋰離子電池(以下將全部簡稱為“全固態電池”)的各方面,以饗讀者。

一般來說,鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜、電解液、結構殼體等部分組成,其中電解液使得電流可以在電池內部以離子形式傳導。

電解液技術是鋰電池的核心技術之一,也是現在電池工業中利潤很高的一個組成部分。

其中Li+(鋰離子)在內電路中,通過電解質(electrolyte)傳導

但是很多讀者可能發現過自己的鋰電池用久后有的會鼓脹,而在更極端的小概率事件下,有的甚至會發生危險(比如近來的扭扭車的電池爆炸事件,導致了相關的生產企業和電池企業遇到了全面的困難)。

另外一般來說,現在的鋰離子電池的工作溫度范圍有限,在40度以上的高溫下壽命會急劇縮短,安全性能會也出現很大的問題(所以特斯拉MODELS會有一套嚴格的電池溫控系統,就是為此)。

實際上,以上所說的幾個安全方面的問題都是與我們現在電池用的有機體系的電解液直接相關的。

而為了解決電池安全問題,提高能量密度,目前科研界和工業界都在研發以及生產全固態電池,也就是把傳統的鋰離子電池的隔膜和電解液,換成固態的電解質材料。

那么說來說去,相比于我們生活中最常見的普通鋰離子電池,全固態電池的優點主要有哪些呢?首先,我們要知道——

影響普通鋰離電池的安全性的因素主要有哪些?

1)電極材料特性,比如在大電流下工作有可能出現鋰枝晶,從而刺破隔膜導致短路破壞;

2)電解液為有機液體,在高溫下發生副反應、氧化分解、產生氣體、發生燃燒的傾向都會加劇;

3)電池質量參差不齊,尤其是小廠家的電池安全性能不達標;

4)電池管理系統不合格,造成電池的過充放,導致危險的發生。

(用剪刀減掉電池一角后,仍然能夠安全、正常工作的柔性全固態電池)

而如果采用了全固態電池技術,以上的1和2兩點問題就可以直接得到解決,而且所得的電池的最高工作溫度可以從現在的40度提升到更高,這樣就可以使電池的適應工作溫度區間更寬,應用范圍也會更廣。

安全性,其實是全固態電池領域發展的最根本驅動力之一。

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