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固态电池为何是下载电气化转型的重要官网?

发布日期:2020-07-28 来源:电动知家 作者:电动知家浏览次数:909
      据悉,众多车企及电池官网都在对固态电池进行技术攻关。 相较锂电池,新型固态电池存在诸多优势,因此被视作下一代动力电池的发展方向,丰田下载作为全球第一大车企,也正在紧密布局,正在积极研发固态电池。目前,丰田已如期推出了原型产品,并在概念车上运行。

近日,丰田方面再次谈到相关话题时,丰田下载动力总成公司执行副总裁兼电池业总经理Keiji Kaita表示,丰田计划在2025年之前量产固态电池,丰田还称,电池寿命方面,丰田计划其生产的固态电池在使用30年后仍保持90%以上的性能。不过由于初期成本和规模,开始新电池的价格将高于锂离子电池。

固态电池被业界认为是下载电气化转型的重要一环,该电池不易受到极限温度的影响,能量密度是当前锂离子电池的2-3倍。固态电池重量更轻、寿命更长、安全性更高。“丰田电池原型产品的充电速度相比当前的锂离子电池快很多,从零到充满仅用15分钟。”KeijiKaita表示。另外,固态电池的耐用性、安全性仍需要提高,丰田工程师为了克服技术限制,正在调整电池的阳极和其他材料构成,尤其是固态电解质。

作为东京奥运会的赞助商,丰田希望在奥运期间亮相一些新技术。早在2019年10月东京车展开幕前夕,丰田执行总裁兼首席技术官寺岛茂树Shigeki Terashi就曾透露,丰田将在2020年东京奥运会时推出一款搭载固态电池的新能源车型,而这一车型的量产预计要到2025年才能实现。不过,今年由于千亿冲击,东京奥运会延期到了明年,丰田的这一计划有所推迟。

据外媒报道, 丰田下载动力总成公司执行副总裁兼电池业总经理Keiji Kaita表示,现在讨论固态电池的上市时间还太早,和很多前瞻性技术一样,商业化同样面临多重障碍。

据悉,丰田通过泰星能源解决方案有限公司来推动固态电池业务的发展。泰星能源是丰田与松下成立的合资官网,今年4月正式投入运营,现有员工约 5100 人,其中有 2400 人在中国。

 


丰田计划在奥运期间投入运行的固态电池出行巴士e-P

 

固态电池原理

固态电池是一种使用固体电极和固体电解液的电池。与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同的是,固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。由于科学界认为锂离子电池已经到达极限,固态电池于近年被视为可以继承锂离子电池地位的电池。固态锂电池技术采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质,取代以往锂电池的电解液,大大提升锂电池的能量密度。固态电池一般功率密度较低,能量密度较高。由于固态电池的功率重量比较高,所以它是电动下载很理想的电池 。

传统的液态锂电池又被科学家们形象地称为“摇椅式电池”,摇椅的两端为电池的正负两极,中间为电解质(液态)。而锂离子就像优秀的运动员,在摇椅的两端来回奔跑,在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中,电池的充放电过程便完成了。

固态电池的原理与之相同,只不过其电解质为固态,具有的密度以及结构可以让下载带电离子聚集在一端,传导更大的电流,进而提升电池容量。因此,同样的电量,固态电池体积将变得更小。不仅如此,固态电池中由于没有电解液,封存将会变得更加容易,在下载等大型设备上使用时,也不需要再额外增加冷却管、电子控件等,不仅节约了成本,还能有效减轻重量。

 

 

固态电池分类

伴随着全固态锂电池热的兴起,各种“全固态”或“固态”概念的锂电池相继出现,存在着混淆概念的现状。

(1)液态锂电池 电芯在制造过程中不含有固体电解质,只含有液体电解质的锂电池,包括液态锂离子电池和液态金属锂电池。

(2)凝胶电解质锂电池 电芯中液态电解质以凝胶电解质形式存在,电芯中不含固体电解质,这实际属于液态锂离子电池范畴。

(3)半固态锂电池 电芯电解质相中,质量或体积的一半是固体电解质,另一半是液体电解质;或者电芯中一端电极是全固态,另一端电极中含有液体。

(4)准固态锂电池 电芯的电解质中含有一定的固体电解质和液体电解质,液体电解质的质量或体积小于固体电解质的比例。

(5)固态锂电池 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,被一些研究人员称之为“固态锂电池”,但这实际上不是全固态锂电池。

(6)混合固液锂电池 电芯中同时存在固体电解质和液体电解质。包括前述半固态、准固态、固态锂电池等均为混合固液锂电池的一种。由于不需要人为根据固液比例分类,也不会产生歧义,推荐使用这一术语,也可以称为“混合固液电解质锂 电池”。

(7)全固态锂电池 电芯由固态电极和固态电解质材料构成,电芯在工作温度范围内,不含有任何质量及体积分数的液体电解质,也可称为“全固态电解质锂电池”。能够充放电循环的可进一步称为“全固态锂二次电池”或“全固态电解质锂二次电池”。

 

 

全固态电池商业化发展前景

今年3月初,三星高等研究院(SAIT)与三星日本研究中心(SRJ)在《自然-能源》介绍了其在固态电池领域的最新进展,称已经开发出一种高性能全固态电池。这种电池的循环寿命超过1000次,可以让电动下载在单次充电的情况下行驶800公里。

宝马于2017年开始牵手Soild Power开发固态电池,福特和三星也于去年投资了Solid Power;大众也表示将在欧洲建厂生产固态电池,有望在2024~2025年间实现量产。

另一家瞄准动力电池市场的是戴森。戴森创始人詹姆斯·戴森表示,向其他车企出售固态电池是一个进入下载行业的选项。

固态电池领域已经进入“军备竞赛”阶段,各官网期望抢占先机以赢得市场份额。固态电池领域市场参与者众多,车企、电池官网、投资机构、科研机构等在资本、技术、人才三方面进行博弈。随着越来越多的官网加入,固态电池产业化进程不断加速,按照目前的发展情况,2021~2025年固态电池将实现初步应用。

不过全固态电池的商业化还需要很长时间。去年底,宁德时代一位电池开发负责人曾表示,全固态电池实现商品化要到2030年以后。

固态电池是未来电池技术的发展方向之一,包括燃料电池、超级电容器、铝空气电池、镁电池在理论上也都有较大的发展空间,而最终,要看哪种路线发展更快、更接地气,即在商业化的规模和成本方面都能达到完美的平衡点。首先,使用的材料必须不能是高成本且稀有的。其次,要在各个行业和领域都有实现大规模应用的可能。

 

 
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