2)第二个就是高能量密度,当然现在并没有实现高能量密度,但是它有这个潜力。不仅从单体电池,而且从电池模组的角度也有这个潜力,因为它可以做成双极板。现在的液态单体电池必须把它包起来,不然的话电解液漏液就会短路,将来是固态电解质,不需要包起来了,既然不需要包起来,我们没有必要用那么多外壳,就像燃料电池一样串叠起来就可以了,这是它从单体和模组两个方面都可以提升能量密度。
3)第三,就是高功率特性。我们现在液态锂离子电池的离子传导是叫运载模式,我们要溶剂化,再要脱溶剂化,通俗讲就是离子在液态电解质中移动需要“坐船”,但是锂离子在固态电解液中间是跳跃模式,它传递速率更高,这就导致充电的速度可以大幅度提高,这就是它的高功率特性。这个快充和我们现在的快充不一样,现在的充电速度如果太快就会析锂,负极电位低到零就会析锂,因为锂离子都堆在负极的门口进不去,就会导致极化增加、电位下降,导致析锂。这个问题我们到了全固态电池之后是可以解决的。
4)第四个就是温度适应性。大家知道我们现在的液态电池在低温环境下续航里程不理想。液态电解质,锂离子导率和温度直接相关,全固态电池的电解质在-30°C和100°C的范围内都不会凝固,不会气化,所以温度适应性很好,不需要我们搞那么复杂的热管理,也不会因为冬天大幅的容量下降。
5)最后一个就是材料的选择范围更广了,因为固态电池的电化学窗口要宽,比方说卤化物抗氧化特性非常好,可以适应高压。比方说硫化物适应低电压,现在也有人把这两个配合起来,就可以做成电化学窗口很宽的电池,这样可以把电压进一步提升。
6)这样一些特性是可以同时满足的,不像液态电池一方面性能好了另外一方面性能就不好了。比方说比能量高了,但是充电速率降下来了,也可能是电池寿命缩短了。再比如说充电倍率性能提升了,可能循环寿命就降下来了,固态电池不是这样的,如果充电倍率提升,电池寿命反而会有增长趋势。我们做的实验表明,1C循环1000次,5C反而可以循环10000次,它与液态电池的特性是不一样的。所以我们认为全固态电池是动力电池重要的发展方向之一。
11、国内外固态电池特点及技术路线:现在全球固态电池是以全固态电池为主,国外基本上是以全固态电池为主的,全固态中又以硫化物电解质为主,这是两个特点。这两个为主也是我们很需要值得思考的。现在氧化物由于它的离子导电率相对偏低,另外过硬、过脆,现在都逐渐转向固液混合。聚合物也一样,电化学窗口比较窄,电导率更低,现在也是转向固液混合。卤化物应该说有潜力,但是目前还在实验验证阶段,所以国外选择的基本上是硫化物全固态电池。硫化物,第一,离子导率最高;第二,材料比较软,固固结合的时候,等静压可以让它比较好地结合。但是硫化物也有很多问题,空气稳定性、化学稳定性都很不好,还有很多问题需要解决。那么当前中国呢?固态电池技术路线是多元化,我们是以固液混合为主,这和国际上是不一样的,国际上是全固态为主。固液混合当然就是氧化物和聚合物电解质等的结合为主,硫化物在国内并不是主导技术路线。我们现在国内做固态电池的单位是很多的,当然有很多原先也是做全固态的,后来转向半固态,产业链也比较完整,而且现在很多原先是创业企业做,现在好多主流电池厂也都在做固液混合、半固态。有些企业也在尝试装车。
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