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新能源电池技术的发展(未来电池技术突破)

新能源电池技术的发展(未来电池技术突破) 未来5~10年,电池技术将迎来全面革新。

1990年,索尼公司开发出锂离子电池,至今已有27年。虽然它偶尔会出现& ldquo实验室开发了一种新电池。新闻,但不得不承认,电池技术从来没有真正创新过。那么,电池技术的第一次革新会发生在什么时候呢?

液体电池和固体电池

简单来说,固态锂电池是使用固体电解质的电池,而液态电池使用电解质。

结构

与液态锂离子电池相比,固态锂电池结构简单。固体电解质不仅传导锂离子,还充当隔膜。所以固态锂电池不需要电解液、隔膜和粘结剂PVDF。

操作原理

两者的工作原理相同。

充电时,正极中的锂离子从活性材料的晶格中脱出,通过固体电解质迁移到负极,电子通过外电路迁移到负极,在此复合成锂原子,合金化或嵌入负极材料中。当电子通过外部电路驱动电子设备时,放电过程与充电过程相反。

电解的

液体锂电池的电解液是液体,固体锂电池主要采用固体电解液,如聚合物、无机物、复合电解液等。

阴极材料

目前液体锂电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元材料和磷酸亚铁锂。除了传统的正极材料,固态锂电池还可以兼容更高电压的氧化物负极和高容量的硫化物负极。

负极材料

类石墨碳材料一直是负极材料的主流。除了传统的石墨负极材料外,其他高性能负极材料也在固态锂电池中得到开发和应用,包括金属锂负极、硅基负极、锡基负极和氧化物负极。

公开资料显示,目前使用三元正极材料和石墨负极材料的液体动力锂电池能量密度极限约为280Wh/kg,而引入硅基复合材料代替纯石墨作为负极材料,有望使动力锂电池能量密度超过300Wh/kg,上限约为350Wh/kg。

液体电池仍然处于稳定的位置。

总体来看,我国锂离子电池的发展形势趋于稳定,产业链也非常完整。但不可否认的是,液体电池面临着产能过剩的问题。

一方面,原材料价格上涨(去年锂价上涨,今年钨价上涨);另一方面,去年电池极度匮乏,受国家强制政策刺激导致过剩现象。

但是过剩有一个好处,因为新能源汽车还是依赖补贴,中间的过剩会产生长期竞争,有利于行业整顿。

看到新能源汽车的口号越来越响亮,很多汽车厂商都涉足电动车领域。汽车行业本身的要求就是安全性和可靠性。虽然液体电池的能量密度和安全性能比液体电池好,但固态电池(如锂硫电池和锂空气体电池)在未来五到十年内还不足以商业化。所以就目前的情况来看,液体电池还是处于一个稳定的位置。

丰田和宝马开始研究固态电池。

目前,有两种方法可以延长电池寿命:

1.像特斯拉一样给车装上电池,整个场地都是电池。7000多块锂离子电池带来了400km续航,但复杂的电池管理技术制约了电池组的生产。

2.通过增加电池密度来增加电池容量,这需要使用更薄的隔膜。三星7爆炸的原因是膜的厚度没有7控制好,导致电池短路。

总的来说,现有的方法并不是最好的选择,因此迫切需要开发新的电池技术。

据悉,丰田汽车目前正在研发以全固态电池为动力的电动汽车,不仅可以提高汽车的续航能力,而且充电速度更快。当然,目前已经有很多厂商开始销售新能源汽车,丰田也不会坐等固态电池。丰田有意基于C-HR车型打造锂离子电池电动汽车,将于2022年在中国量产销售。

其实不仅仅是丰田,宝马等知名车企都在全力研发固态电池。长期来看,5-10年有望迎来电池技术的全面革新。

固态电池,急!

7月27日,英国宣布2040年停止销售汽油和柴油汽车,以减少空气体污染。据悉,不仅英国、挪威和荷兰将在2025年禁止销售燃油汽车,德国和比利时也将分别在2030年和2040年废除燃油汽车。所以,到2050年,整个欧盟国家路上行驶的跑车很可能都是新能源车。

我们的国家呢?根据中国发展规划,2022年汽车产销量约3000万辆,新能源汽车200万辆。2025年汽车产销3500万辆左右,新能源汽车生产700万辆,占比20%。

没有对比就没有伤害。看看这差距!

另外,就目前的水平来看,液体电解质电池的能量密度在每公斤300瓦时左右,不会超过每公斤500瓦时。2015年,博士公司做了预判。能量密度是现有产品的两倍以上,成本更低。一辆汽车用液体电池只能行驶100英里,用固体电池可以行驶200英里。

电池内部结构

此外,锂电池的安全性一直是业界关注的问题。由于应用端和政策层面对能量密度的需求越来越高,三元电池成为主流技术路线的趋势不可逆转。但到目前为止,三元电池的安全性还没有得到很好的解决。

面对行业发展的痛点,行业专家和企业都在不断寻找新的发展思路,电解液就是其中之一。

众所周知,电解液是锂离子电池不可缺少的组成部分,是锂离子电池获得高电压、高循环性能的必要条件。锂离子电池通常使用有机溶剂作为电解液,这种有机溶剂容易燃烧。一旦电池因内部短路产生高温或火花,电解液会在瞬间被点燃并导致整个电池爆炸。

新的思路是将易燃的液体电解质改为固体电解质,降低易燃性带来的安全风险,同时获得更好的性能。随着新能源汽车的发展,高能量密度、高安全性的电池成为市场追求的目标。有专家认为,用固体电解质代替传统电解质,是从本质上提高锂电池安全性的必由之路。

 
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