站在2024年来看,下一代新能源汽车电池技术会有哪些重大突破?续航里程能否大幅提升?

固态电池这个话题最近几年一直都是热点,而且确实也是很多企业/科研机构在这个方向努力。

以下是聚合物电池和固态电池的主要结构(不含外壳形态):

从上图中可以看出固态电池比聚合物电池少了隔膜,液态电解液(含电解质)更换成了固态电解质。

液态电解液更换为固态电解质,可以使固态电池有以下优点:

1.高安全性

以下是聚合物电池在各温度下发生的趋劣反应:

但是固态电解质则有以下几个优点:

①具有高机械强度,可以抑制锂枝晶生长,这样子就可以减少正负极短路的可能性

②固态电解质相比于液态电解液不易燃烧且不易爆炸

③液态电解液会持续与负极材料发生副反应,但是固态电解质则不会有持续界面副反应

④液态电池在生命中后期,电解液会出现干涸(拆解超长期循环寿命的电池,可以看到里面几乎没有电解液了),很显然固态电解质则没有这个问题,且固态电解质也不会有漏液的问题

⑤可以提升电芯的最大电压。液体有电解电压,因此锂电池在充电时的最高电压是不能超过电解液的最高电压的,否则电解液就会分解,这会影响电池的使用性能。因此固态电解质显然在这方面有很大的优势。

也可以从下图中看出这点:

2.高能量密度

传统液态电池的能量密度已经接近350Wh/kg的理论极限。固态电池的电化学窗口宽,能够承受更高的电压(5V以上),材料可选择的范围更广。目前固态电池中,石墨负极比容量为372mA·h/g,硅基负极理论比容量为4200mA·h/g,锂金属负极理论比容量为3860mA·h/g,都显著高于正极。全固态电解质不仅能够兼容上述高比容量负极材料与常规正极材料体系,还可匹配高比容量的正极材料,使得能量密度达到500Wh/kg甚至更高。

大家都知道现在的动力电池一般只能在-20℃~60℃这个温度区间使用,其实这主要就是受限于液态电解液。低温下液态电解液粘度增加,这会导致电导率降低、电解液/电极界面阻抗和电荷转移阻抗增大、锂离子迁移速率降低。液态电解液在高温下会出现蒸发、燃烧等现象,而且高温下隔膜也会收缩、燃烧,这些都限制电池在高温下使用。

固态电解质则不存在粘度问题,且因为固态电池没有隔膜,因此可以在更宽的温域使用,按目前的数据来看,固态电池可以在-40℃~150℃间使用。

4.更小的体积和更小的质量

因为固态电池有更高的能量密度,因此这可以减小固态电池的体积和质量,方便动力电池的小型化和轻量化。

别看现在的固态电池话题十分火热,也时常传出XX企业成功研制固态电池的新闻,但很遗憾,目前还是没有可量产且高性价比的固态电池。现在有些企业宣传的量产“固态电池”只能算是半固态电池。

下面是液态、固态、半固态锂电池的对比,可以参考一下:

看了以上这些,我们也要知道固态电池也很难一蹴而就,毕竟固态电池还面临着离子电导率低、量产难度大、价格高等问题。按照目前的技术发展及一众大佬的公开言论,估计固态电池量产还得有个三年甚至更久。

固态电池因为能量密度提升,如果按2.5倍于现在的能量密度考虑,现在100度电的电车则可以将电量提升至250度电,如果按一度电8考虑,则可以将电车续航提升至2000公里。

但是扪心自问大家都真的需要这么长的续航吗?我的观点是相反的哈。

如果大家日常通勤的里程只有60公里,一个月行驶里程只有1800公里,这样子貌似2000公里续航的车一个月只用充电一次,看起来是真的很好。但是实际上是性价比极低。

1.我们以一台车15年的使用寿命来考虑,如果一个月只充电一次,15年也就是充电180次。如果按照固态电池500~1000次的循环寿命来考虑,这将是一种巨大的浪费。

2.如果一台车250度电,续航有2000公里,假设将来一度电1元,那就是电池价值25万元。试想你每天只用60公里的续航,却带着25万元的电池包,这真的划算吗?因此长续航并不适合所有人的,每个人要根据自己的实际需求来选择续航合适的电车,而不是一味追求长续航。

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