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固态电池-下一代锂电池

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固态电池是指采用固态电解质的锂离子电池。与传统锂电池相比,全固态电池最突出的优点是安全性。固态电池具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性,固态电解质是固态电池的核心,电解质材料很大程度上决定了固态锂电池的各项性能参数,如功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能以及使用寿命。

工作原理上,固态锂电池和传统的锂电池并无区别。两者最重要的区别在于固态电池电解质为固态,相当于锂离子迁移的场所转到了固态的电解质中。而随着正极材料的持续升级,固态电解质能够做出较好的适配,有利于提升电池系统的能量密度。另外,固态电解的绝缘性使得其良好地将电池正极与负极阻隔,避免正负极接触产生短路同时能充当隔膜的功能。

截止到2020年6月,我国新能源汽车保有量417万辆。2019年我国新能源汽车保有量增加120万辆。2019年国家市场监督管理总局要求召回33281辆新能源汽车。因动力电池问题而召回的新能源汽车数量有6217辆,占今年新能源汽车总召回量的18.69%。在电池失控的主要触发条件当中,短路占绝大多数。短路可以由多种可能的情况造成,是电池热失控过程中普遍的共性特征,短路原因可大致分为:电池系统浸水,非纯水为导电介质导致外短路;电池机械压穿刺导致隔膜机械破坏电池正负极搭接引发内短路;析锂导致枝晶生长枝晶刺穿隔膜诱发内短路也称自引发内短路。随着电池能量密度的提升,短路问题越发明显。

实验证实,死折、撞击、穿刺及剪切后LCB仍可放电。甚至在更严苛的枪击测试后,LCB温度仅上升3°C~5°C,无起火或冒烟且可持续使用。此外,LCB防爆等级通过认证,安全性毋庸置疑。固态电池无疑是锂电池安全性的关键解决方案之一。

固态电解质体系因为减少了电解液和隔膜(换成了固态电解质),采用同样正负极的固态电池能量密度高于传统电池。而且固态电池可以采用能量密度更高的金属锂作为负极,从而进一步 提升电池能量密度。赣锋预计第三代固态电池可以将电芯能量密度提升到400WH/KG。

当然,前景虽好,但固态电池仍有不少技术难点还未完全攻破,导致其量产一直难以实现。赣锋锂业的第一代第二代电池仍是固液混合的过渡固态电池,其第三代纯固态电池的研发进展还不明确,台湾辉能固态电池预计2022年中实现规模搭载,丰田的硫化物固态电池也预计2025年才能量产。目前国内尚无固态电池装车测试的案例。

新能源汽车作为公共属性的代步工具,放量需要具备三个条件:安全性是满足公共属性代步工具最基础的要求,也是新能源汽车放量的必要条件。便利性是与传统汽车相比,满足出行需求的基本能力。经济性是新能源汽车进入大众消费领域的充分条件。固态电池不但是安全性问题的解决方案,也能通过提升续航带来便利性的提升,如果在经济性上可以与传统电池平价,固态电池的时代可能加速来临。

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