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未来十年锂离子电池和固态电池将持续升级

更新日期:2021-01-29 17:01:31
目前,新能源汽车主要装配的电池是锂离子电池,由石墨作为负极,然后磷酸铁锂或者三元或者钴酸锂做正极,电解质是可燃的液体电解质,容易引起安全忧虑。当能量密度到了300瓦时/公斤时,就到了液态锂离子电池的一个极限。因此,预计下一步一方面锂离子电池会持续有新的研究与发展,另一方面或许就要发展固态电池或者说我们逐渐要过渡到全固态锂电池。

一、锂离子电池的升级换代

我们可以看到,现在性价比最好的动力电池是磷酸铁锂,这就是为什么Model3等等这些都有用磷酸铁锂,因为目前的磷酸铁锂性价比最优,每个瓦时的单体电池已经到了五毛钱以下的成本,还有没有降的空间,扩大规模是可以降的,但是我们可以看到动力电池的材料还在一代一代地发展。

而三元电池正在往减钴加镍的方向发展,磷酸铁锂后面还有镍锰酸锂,镍锰酸锂它的优点就是电压高,相对于我们今天的金属锂来讲是4.7V,拿石墨做负极,做电池做出4.5V电池,磷酸铁锂是3.2V,三元材料是3.6V,可以看到分别高40%和20%多。

同样尺寸的一块电池,你不用更换它的负极,也不用更换铜箔、铝箔,也不用更换电解质隔膜,把它的磷酸铁锂换成镍锰酸锂,电压就升到4.5V,基本上容量可以保持不变,因为镍锰酸锂的比容量是130多mAh/g,磷酸铁锂是160左右,但是它的密度高。所以同样的尺寸,容量基本上不变,电压提升40%,也就是说它的能量可以提升40%。电动汽车做到了今天的话,我们更关注的是电池的体积能量密度,而不再是比能量的。

另外,钠离子电池或者也将成为一个发展方向。如果说全世界的车都用锂离子电池来,全世界的电能都用锂离子电池储存的话,是根本不够的。所以一定要考虑新的电池,钠离子电池或许是首选。钠离子电池中的锂的含量相当少,只有0.0065%,钠的含量2.75%。我们以磷酸铁锂电池(锂离子电池中最便宜的)作为一个对比,它每瓦时的原材料成本是3毛4,钠离子电池的原材料成本每瓦时是2毛6,成本价格更有优势。

目前,有机构的研究表明,6安时软包装钠离子电池的能量密度达到了145瓦时/公斤,5C充/5C放是1C充/1C放容量的90%, 10C充/10放容量是1C充/1C放的70%,应该说快充性能比锂离子电池还好。它的循环性,1C充/1C放的循环性可以大于6000次,3C充/3C放可以到3000次,成绩也是不错的。另外,它的高低温性能,在高温60度存放7天,容量有所下降,在常温下可以很快恢复;充满电以后在85度存放7天,容量降低后,在常温下容量依旧可以恢复。从循环性上来讲,钠离子电池在80度的循环性还是相当好,将近1000次容量保持78%。低温性能来说,负40度还可以完成充放电。

二、固态电池面临技术破壁机会

固态电池未来的十年是破壁的十年,全固态电池是最理想的模式。全固态电池跟固液态电池相比,实际上是革命性的东西。第一个阶段,锂离子电池固态、液态互相学习,固液态会得到很好的发展。第二个阶段,全固态电池600-800瓦时/公斤,有更好的安全性,这个必然是革命性的。

2018年固态电池能量密度到了300瓦时/公斤,2019年也有生产基地建成。现在固态电池产品已经供给无人机使用,电池安全性都通过了测试。它的原材料包括硅碳负极都在批量的生产,同时固态电池所需要的涂固态电解质材料的隔膜也可以批量生产。

固态电池会摆脱对一些过渡金属的依赖,制造方法也会随之改变,系统结构也发生创新。而且,固态电池不仅仅是指锂离子电池,固态电池会走向金属锂电池,也不排除金属钠电池,也不排除空气电池,所以十年破壁会有很好的机会。

因此,随着技术的不断发展,和市场不同层面的需要,相信不同种类,不同特性的电池都将根据自身特点不断完善,配置应用到合理的场景,并不断的促进电池技术的迭代升级。

来源:中国汽车工业信息网

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