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量产在即 固态电池技术发展现状解读

郑州神汽2019-01-28 14:38浏览:

电池技术一直以来都是当下很多消费?#26041;?#34892;下一步迭代的关键,它直接掐住了产品在续航以及便携能力上的脉门,它任何一小步的?#24179;?#37117;是消费产品一大步的提升。?#27604;?#20854;对于汽车而...


       电池技术一直以来都是当下很多消费?#26041;?#34892;下一步迭代的关键,它直接掐住了产品在续航以及便携能力上的脉门,它任何一小步的?#24179;?#37117;是消费产品一大步的提升。?#27604;?#20854;对于汽车而言也是无比关键的,在向电气化转型的过程中,新能源汽车的动力电池能否得到质变提升,将直接影响汽车在下一个十年的发展节奏。

       此前,丰田官方就曾提到过在所有新形态的电池技术中,固态电池是被认为是最接近量产化的产品,其高能量密度、高电压甚?#37327;?#24367;曲的特性,相比传统动力电池实现跨步。那时?#20004;?#26085;,固态电池究竟发展到了什么地步,它距离量产状态还有多远?本文我们将分多个方面和您分享一些信息。
固态电池的技术路线
       固态电池目前拥有很多的技术体系,包括硫化物、氧化物、薄膜以及固态聚合物。在早期固态电池技术的?#24179;?#20013;,薄膜和固态聚合物技术是主要的走向,在过去?#25913;?#20013;,博世以及戴森等公司都在不断加大在这两项固态电池技术上的投资,但这两家公司的做法都是通过?#23637;?#26469;实现在电池技术上的追赶。
       但薄膜和固态聚合物技术有“高成本”和“低导电率”两个致命问题,例如薄膜技术无法在室温(25°左右)条件下实现高导电率,所以需要不断的去加热并维持在60°才能保证拥有高效的导电率。所以在很多早期的固态电池试产车上,电池因为?#35272;?#19981;断加热,造成自?#19994;?#37327;损耗,其?#24403;?#36523;也无法发挥出其它的优势。
       而丰田一直是专注于硫化物固态电池技术的开发,但硫化物本身活性很高,在生产和使用中一旦与水接触,就会产生硫化氢。硫化氢为易燃危化品,与空气混合能形成爆炸性混合物,遇明火、高热能引起燃烧爆炸。所以硫化物固态电池技术路线虽然在生产成本上要相比薄膜技术更低一些,但如果保证从制造端?#25509;?#29992;端足够高的安全性是更高的门槛,其实也属于从另外一个角度增加了开发成本。
       最后一个氧化物技术路线也有自己的缺点,氧化物本身很稳定导致“脆性”很高,对生产的要求也就更高,同时导电性也并不具备优势,但从广义上讲,相比于其它三条路线,克服生产?#35759;?#35201;比克服成本和安全性要更简单一些,所以我们这期文章里也是通过采访了一家目前已经接近市场化的固态电池技术商,来了解陶瓷氧化物固态电池的一些技术优势和与传统动力电池的差异。
       在2019 CES展会上,我们约访了辉能科技公司(下文简称:PLG),其是一家专门研发锂电池技术的供应商,自2006年创办后,用了8年的时间攻克了陶瓷氧化物技术,同时固态电池技术也是目前该公司最核心的研发项目,该技术全称为:LCB固态锂陶瓷电池,其技术特点是:高能量密度以及高电压,针对目前纯电动汽车的发展应用,这两大特性无疑是非常关键的。
能量密度是先天优势,那高电压如何实?#37073;?/strong>
       传统动力电池由于单体电池内部使用液态电解液,并?#39029;性?#30005;压超过5V后可能会出现易分解甚至爆炸的情况,所以只能实现外部串联而无法进行内部串联。但固态电池就拥有这样的先天优势。固态锂陶瓷电池能够在电池内部就首先形成串联,使单颗电池芯的额定电压可从7.4V,最大串联叠加至高达60V,在单体电池电压上就要远高于传统动力电池。
       在实现内部串联的高电压支持后,固态电池也能够实现双极电池技术,这同样也是传统动力电池无法实现。当单体电池在堆叠串联后加入上下两层导电材料,实现双向正负极的连接,然后再次与横向的另外一个电池包进行串联,最高可以实现4×6达到24个单体电池双向正负极对接的串联技术,电压?#27493;?#30001;此再次叠加提高,组成一个完整的单体电池组。
       最终6片24个串联的电池组叠加后,加入铝外?#21069;?#35013;,形成一个单体的固态电池包(Cell),容量能够达到20kWh以上,其单个固态电池组系统能量密度能够达到255Wh/kg,而2020年这一数据会提高到270Wh/kg,这个系统能量密度是什么概念?可以对比一下2018年中国新能源车辆补贴政策。
目前国内电动车动力电池系统能量密?#28982;?#32500;持在140wh/kg左右
       理论上,在密度和电压双增加的同?#20445;珺MS电控系统应该更加复杂才对,但实际上固态电池在管理系?#25104;?#20063;被得到了简化,这再一次为最终封包整组的电池降低了重量和体积,这也是系统能量密度更高的原因之一。

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