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固態鋰電池量產需要克服的原因

固態鋰電池研發制造理論已經被提出很久時間了,但是到目前為止市場上依然看不到固態鋰電池商用的影子,這是為什么呢?因為固態鋰電池要實現商用的話,還有很多技術難題需要客服的。那都有哪些呢?

針對固態鋰電池面臨的難點和挑戰,大致可以匯總為如下三條。

1、固態鋰電池使用的電解質還沒有找到最適合的

電解質是電池中電子(鋰離子)流通的介質,其導電性能的好壞對電池性能至關重要。固態電極與固體電解質之間會形成固界面,界面阻抗會高引出庫倫效率問題、固態電解質與正負極產生副反應;正極鋰離子脫嵌過程中產生的氧將會與硫化物固態電解質中的鋰產生強烈的靜電作用,電解質與正極材料之間陽離子的互擴散會形成SEI膜(一種覆蓋在電極表面的鈍化層),并在反復的循環中出現增厚、阻礙離子運輸的現象。這一現象也會導致電池的庫倫效率降低。而電解質界面的穩定性對全固態鋰電池長循環壽命又至關重要。

2、電解質從“液態”轉向“固態”充滿挑戰。

在固態電解質選擇、電芯設計上需要不斷解決循環過程中固相界面接觸及體積膨脹問題。其中,氧化物材料的柔韌性比較差,界面接觸較差,會導致界面阻抗增加;聚合物則存在著導電率過低的問題,比現在液態電解質的導電率低4-5個數量級;硫化物固態電池則面臨電解質對空氣敏感、制造條件苛刻、原材料昂貴、規模化生產技術不成熟等問題。為了兼顧高能量密度、高安全、長壽命等綜合性能,固態電池需要匹配高比能的正負極材料,如高鎳三元正極、硅碳負極、金屬鋰負極等。這些高比能正負極材料的引入也為研制固態電池帶來了一系列挑戰,仍需要反復實驗和比較,提出綜合優化的解決方案。而整個過程中不管是新材料的開發還是老材料的改良都需要耗費巨大的時間、精力和投入。在此,必須像科研人員致敬!

3、固態鋰電池批量制造面臨工程和成本問題。

到目前為止,固態電池的原型已經開發成功,但電動汽車要實現長續航需要的電芯數量至少是迄今為止在實驗室測試的20倍。目前每塊電池的制造成本約為10萬美元,這意味著工廠將很難批量制造。從實驗室到工廠的研制過程能否加快,在生產線上能否生產出標準的固態電池,性能是否達到人們的期望,是否具備在車用領域商業化應用,這些都是極為關鍵的標準。盡管有高能量密度、高安全性的突出優勢,但就目前業界的研發進展來看,現階段固態電池在材料成本、加工成本、量產能力等方面都或多或少存在著短時間無法突破的短板。如果有參與過電動汽車國態電池項目開發的對這點估計體會尤為深刻,這造的哪是車啊!

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