本站了解到,丰田公司周二表示,已经在固态电池技术上取得了重大突破,能够将电池的重量、体积和成本减半,这可能为电动汽车的进步带来巨大的推动力。这家世界第二大汽车制造商已经在推行一项计划,到2025年推出配备先进固态电池的电动汽车。与液体电池相比,固态电池的优势更大。
丰田公司碳中和研发中心的总裁海田敬二表示:“无论是液态电池还是固态电池,我们的目标是彻底改变目前电池过大、过重、过贵的局面,在这方面的潜力上,我们将争取将这些因素减半。”海田指出,该公司已经开发出了提高电池耐久性的方法,并相信现在可以制造出续航里程为1200公里的固态电池,充电时间为10分钟或者更短。
固态电池准确的说叫做固态锂电池,本质上依旧是锂电池,但也不是普通的锂电池缝缝补补。为什么叫“固态”锂电池呢?因为市面上现有的锂电池,包含三元锂电池、磷酸铁锂电池等等的电解质都是液态的,你可以理解为现在的电池都是液态电池,虽然外表看起来也是固态的。
固态电池是采用固态化合物为传导物质,取代传统锂电池的液态电解质。最大的优势是能量密度很高,可以达到500Wh/kg、甚至600Wh/kg,是现有三元锂电池能量密度的两倍以上。固态电池不是一个新玩意,早在2010年丰田就推出过续航里程可以超过1000公里的固态电池,续航里程对固态电池来说从来不是问题,问题的关键在于成本。固态锂电池太贵了。
现阶段的固态电池,有几种发展方向,但每种的缺点都很明显。聚合物是技术比较成熟的,也是最早开始市场化的。但是其缺点就是在室温下,离子电导率低,通常要在60度以上高温的时候才能正常工作。且热稳定性较差,在200度以上的时候容易发生热失控,起火燃烧。加之和锂金属搭配的稳定性较差,无法适配高电压的正极材料,聚合物的电化学窗口过窄,大于4V电压的时候,容易被电解。
另外硫化物的方案虽然离子电导率高,电化学窗口宽,可以支持5V以上电压。但在应用中也存在很多问题,如硫化物的正负极界面不稳定,化学稳定性差,硫化物容易和空气的水分、氧气发生反应,生成剧毒气体,如硫化氢等,所以需要在惰性气体环境下处理,导致了现阶段基本无法大型工业化量产。但按目前阶段来看,硫化物是全固态电池里面潜力最大的,丰田/LG/松下(日韩)等巨头都选择了硫化物为主要技术路径。
固态电解质既充当电解质,又充当隔膜的作用,因为电解质是固态的,所以不存在电解质泄露等问题,固态电解质有效的隔离了正负极,使正负极不会出现接触,也就不会出现短路等问题。有试验表明,固态电池在针刺,挤压,过充,加热等测试中均出现不起火不爆炸。固态电池可以使用高能量密度的材料作为电解质,从而实现更高的能量存储能力。这意味着在相同体积或重量下,固态电池可以提供更多的能量,那么汽车的续航将会更长。
固态电解质的稳定性较高,可以提供更好的耐久性和长循环寿命。相比液态电池,固态电池在长时间使用或高温环境下也更不容易发生电解质分解或失效。固态电池具有较宽的工作温度范围。固态电解质可以在低温或高温条件下保持较好的性能,这使得固态电池在极端环境下的应用具有优势。
其实不止是丰田,现在很多汽车品牌都给出了自家量产固态电池的时间。大众、日产、现代、通用、福特、戴姆勒都给出了固态电池搭配车型的大概上市时间,从2025年到2030年之间,对固态电池的车型进行量产。但说老实话,这个目标估计很难达成。即便达成,成本早期也下不来,不大可能在市场里进行普及了。
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