該如何評價固態電池15分鐘充滿80%電量的電池技術?
固態電池一直是電池行業的熱門技術話題,最近有媒體資料報道說固態電池技術獲得突破,能在15分鐘的時間里給電池充電達到80%的電量,對于這樣的報道,我們該如何評價呢?
真正的全固態電池是怎么樣的呢?
固態電池理論上說是以金屬鋰或者鈉制成的玻璃化合物為傳導物質,無需液體電解液的電池,若實現量產,目前市面上的液體鋰電池將失去競爭力,鋰電隔膜、電解液、后端設備需求量或將大大減少,相關企業的生存空間會被壓縮。但是目前固態電池本質上還是半固態電池,其與固態電池的區別是:半固態電池的電解液含量在10%以下,而固態電池完全不含電解液。
要知道,鋰離子移動速度的快慢意味著充放電的快慢,現在的快充型鋰電池號稱20-30分鐘快充30%的電量到80%電量。如果是解決了鋰離子移動速度的全固態電池,那就是十分鐘內能充滿,十分鐘內又能放完,十分鐘內又能充滿的節奏,速度那就是直接從烏龜到兔子的對比。
固態電池的優勢怎么樣?
而且現在的鋰電池里面的電解液是可燃的,一旦泄露、揮發就容易造成電池起火。基本所有的電池快速自燃甚至爆炸,都是電解液在做“幕后英雄”。而固態電解質是不易燃的,即便外殼破了,也不會泄露、揮發,這個安全性就大幅提高了。
另一個優點就是能量密度可以大幅提升了,因為高電壓的正負極材料怕和電解液溶解發生反應而不敢用。目前針對鉆酸鋰的電解質溶液可以充電到4.45V,三元材料可以充電到4.35V。如果繼續充到更高的電壓,液態電解液就會承受不住而被氧化,正極表面也會發生不可逆的相變。如果是同態電解質,那么就能用提高電池能量密度的高電壓正負極材料,比如可以提高到5V,使得整體能量密度顯著提升。
除開電壓提升,負極可以采用金屬鋰,正極采用硫化物或空氣,對應鋰硫電池和鋰空電池,理論能量密度達到當前鋰電池理論值(387wh/kg)的7-10倍。
另外因為國態電池內部不含液體,可實現電芯內部的多層設計,減少了電阻組裝殼體等用料,有效減少電池其它配件的配重。
所以,為什么固態電池號稱是鋰電池的終極形態,就是因為真正的固態電池對比現在的鋰電池來說,優勢太大了。
內芯安全性高,不泄露不揮發不易燃
能超快速充放電,自放電大幅降低
極高的能量密度,理論值接近當前液態電解質鋰電池理論值的10倍
更易設計電池的大小和形狀,更能實現動力電池的定制化
固態電池商用情況
固態電池的量產時間比我們預期提前到來:大多數固態電池廠商2021年,第一代固態車用動力電池將量產(非全固態);2024年,全固態車用動力電池也將量產。這一進度明顯快于業界預期。此前,中國科學院院士歐陽明高預測,全固態電池估計在2025-2030年后才會實現商業化。中國動力電池創新聯盟預測,全固態電池預計2030年將實現商業化。
在實驗室做出固態電池容易,要大規模量產,則還有漫長的路要走。固態電池量產必須經過三個階段。
首先是4-6年的實驗室/樣品線階段,要實現單一性能突破。
其次是5-8年的產品商業化階段,要實現前述六大指標。
再次是2-3年的中試線階段,要實現四大量產指標,包括工程能力、全線良率、產品一致性和壽命保證(電壓偏移率)。
最終所謂的量產,起碼是GWh級的生產規模,成熟的產業鏈,包括高度自動化、高全線良率和供貨穩定。