在1月9日的NIO Day上,隨著蔚來ET7的發布,固態電池這個名詞又出現在人們眼前。這款150kWh的固態電池包的能量密度達到了360Wh/kg,相比現有電池提升了一倍。得益於超高的能量密度,蔚來ET7的續航裡程能達到1000km。看到這裡大家難免會產生疑問,固態電池這麼好,為什麼現在沒有車企使用呢?本期車事新知就來聊聊固態電池。
目前不論是三元鋰電池還是磷酸鐵鋰電池,它們都是液態電解質鋰電池,液態電解質有許多好處,它的導電效果好;同時與正負電極的界面接觸好,有效減少充電時的發熱量。不過隨著對續航裡程的要求越來越高,液態電解質的弊端也暴露出來。液態電解質電池的能量密度小,目前能達到170-180Wh/kg就已經算非常優秀了。
同時,它的穩定性較差,低溫或是高溫下都會分解,電池會逐漸衰減,影響續航裡程。此外,液態電解質電池的安全性也不高,隨著充放電次數增加,一旦鋰枝晶穿透隔膜,很容易燃燒或者爆炸。所以對於消費者來說傳統的鋰電池已經接近極限的續航表現,難以滿足我們的需求;而且還會面臨補電慢、低溫電量衰減、安全性不高等問題,嚴重影響了我們用車體驗。
液態電解質鋰電池的弱點制約了它成為未來電動汽車的能量來源,而固態鋰電池則被大家認為是未來電池的發展方向。固態鋰電池與液態鋰電池的最大不同在於它使用了固態電解質。固態電池能量密度更高(最高能量密度在400-900Wh/Kg之間),結構更堅固,同等體積下使用固態鋰電池,續航裡程會增加至少一倍以上。
另外,固態電池最突出的優點是安全性更高,固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液,即使在高溫情況下,也無自燃爆炸風險。更重要的是,固態電解質保證了電池的內阻,電池使用壽命更長,長時間使用也無續航裡程衰減現象,有效減少續航焦慮。
但是,既然固態電池優勢這麼明顯,為什麼現在沒有車企投入使用呢?首先一點是現階段固態鋰電池還沒有完備的產業鏈,生產和製造電池的工藝較為複雜,技術上也不夠成熟,所以目前的製造成本相比於傳統電池要高很多。
其次,目前常見的固態電解質分為聚合物、氧化物、硫化物這三種類型。這三種材料的缺點都是鋰離子的導電性較差,只有液態電解質的1/10甚至1/100,這會使快充難以實現。而其中導電性較高的硫化物材料,還會面臨穩定性較差,遇水會產生劇毒的硫化氫,生產難度和製造成本大幅增大;氧化物的界面接觸較差,不易形成連續面,易斷裂造成短路。可以看到固態電解質還有很多棘手的問題仍待解決。
蔚來此次發布的150kWh固態電池包採用了三項工藝:「原位固化固液電解質」、「無機預鋰化矽碳負極」、「納米級包覆超高鎳正極」,可以看到此次量產的「固態電池」其實屬於半固態電池,所以內部仍然需要使用到電解液與隔膜。而且這款電池在2022年四季度才能量產,可見實現量產還有很多問題和難點需要突破。
相信隨著科技的發展,固態電池的技術難點不斷被攻克,2025年之後將有更多搭載半固態電池的車型實現大規模量產,而半固態電池也會逐步向純固態電池轉變。到那時電動車的安全係數將更高、續航裡程會更長同時裡程焦慮也不復存在,固態電池的到來將會給我們帶來全新的使用體驗。