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搶占下一代動力電池技術制高點的將是固態(tài)電池

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年08月20日  

電動汽車制造商MullenTechnologies近日宣布了其獲得授權的固態(tài)聚合物電池技術的獨立測試結果,使用該授權電池能使電動車續(xù)航里程最大達到了1030公里,與現有鋰電池相比,這款電池將大大延長電動車的續(xù)航里程。


隨著全球新能源汽車時代的到來,各國都在大力推進本國的新能源汽車的發(fā)展。業(yè)內人士認為當前鋰離子電池顯示電力存儲性能的“能量密度”已接近理論上的極限,難以再大幅提高性能。


固態(tài)電池也被廣泛期待成為下一代動力電池技術,過去十年相關專利數量增長超過10倍。但由于固態(tài)電池技術尚未成熟,距離量產還有較大距離。預計在2025年前后,半固態(tài)電池可以實現量產,2030年前后實現全固態(tài)電池的商業(yè)化應用。


固態(tài)電池就是使用固體電極和固體電解質的鋰二次電池電池,具有不可燃、不腐蝕、不揮發(fā)、不漏液等優(yōu)勢,安全性能大大提升。另外,固態(tài)電池使用金屬鋰做負極,可匹配高電壓正極材料,進一步提升能量密度,用以滿足電動汽車的續(xù)航里程要求。


依據電解質分類,鋰電池可分為液態(tài)、半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)四大類,其中半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)三種統稱為固態(tài)電池。


與液態(tài)鋰離子電池不同,固態(tài)電池中的固態(tài)電解質替代了液態(tài)鋰離子電池的液態(tài)電解質、隔膜。固態(tài)電池潛力巨大,有希望獲得安全性更高、單體能量密度更高(>350Wh/kg)和壽命更長(>5000次)的動力電池。


固態(tài)電池的迭代過程中,液態(tài)電解質含量將從20wt%降至0wt%,電池負極逐步替換成金屬鋰片,電池能量密度有望提升至500Wh/kg,電池工作溫度范圍擴大三倍以上。


固態(tài)電解質是固態(tài)電池的核心部件,在很大程度上決定了固態(tài)電池的各項性能參數,如功率密度、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性能、高低溫性能以及使用壽命。


固態(tài)電池距離高性能鋰離子電池系統仍有差距,聚合物、氧化物、硫化物三類固態(tài)電解質的性能參數各有優(yōu)劣。


固態(tài)電池憑借高能量密度和高安全性的優(yōu)勢已獲得很多企業(yè)的青睞和布局。


縱覽全球固態(tài)電池企業(yè),有初創(chuàng)公司,也不乏國際廠商,企業(yè)之間獨踞山頭信仰不同的電解質體系,未出現技術流動或融合的態(tài)勢。


日本的豐田、松下,韓國的三星和LG化學,中國的寧德時代、衛(wèi)藍新能源、清陶、鋒鋰,歐洲的STMicroelectrionics,美洲的SolidPower、QuantumScape、SolidEnergy、IonicMaterial等諸多企業(yè)紛紛布局。


固態(tài)鋰電池中,硫化物固態(tài)電池(鋰硫電池)由于具有較高的能量密度和低廉的成本,有著巨大的開發(fā)潛力。


相對而言,歐美企業(yè)偏好氧化物與聚合物體系,而日韓企業(yè)則更多致力于解決硫化物體系的產業(yè)化難題,其中以豐田、三星等巨頭為代表。豐田在2010年就推出硫化物固態(tài)電池,2014年其實驗原型能量密度達到400Wh/kg,豐田固態(tài)電池的專利數量在2017年初就已經達到30件,遠高于其他企業(yè)。


豐田高管表示豐田或將在2020年實現硫化物固態(tài)電池的產業(yè)化。國內企業(yè)CATL在硫化物固態(tài)電池方面相對領先,正加速開發(fā)純電動汽車用的硫化物全固態(tài)鋰金屬電池。


各類型固態(tài)電池的電芯封裝技術大同小異,差別主要體現在電極和電解質的制備工藝。全固態(tài)鋰電池根據電池形態(tài)可以分成薄膜型和大容量型兩大類。大容量全固態(tài)電池適合規(guī)?;a的技術路線仍在研究中,涂布法最為常見。


光大證券分析稱,向全固態(tài)鋰電池過渡是鋰電技術進步的重要趨勢。固態(tài)電池將液態(tài)電解質替換為固態(tài)電解質,安全性高,大大降低了電池熱失控的風險,提升理論能量密度,有望解決新能源汽車里程焦慮問題。此外進一步縮減電池重量,體積能量密度較液態(tài)鋰離子電池(石墨負極)可提升70%以上。


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