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自从能源车补贴与能量密度直接挂钩后,提升动力电池能量密度就成为动力电池企业赢得市场的重要“筹码”。从今年新发布的七批推荐车型目录来看,不管是新能源客车,还是新能源乘用车,搭载电池能量密度均大幅提升,拿到1.2倍补贴车型占比已超过60%,动力电池正朝着高能量密度的方向发展。
只不过,按照此前四部委发布的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》中提到的动力电池能量密度的关键指标和完成的时间节点,到2020年锂离子动力电池单体能量密度需要做到300Wh/kg,系统能量密度要做到260Wh/kg。从目前情况来看,绝大部分电池企业仅完成该指标的1/2不到,还需苦心钻研。
高能量密度电池日益受宠
受此影响,包括比亚迪、CATL、力神、沃特玛等纷纷出台自己的“三元计划”。华东锂电技术研究所研究员刘锴表示,“走三元路线实现300Wh/kg能量密度目标是可行的,目前日亚化学三元电池能量密度可做到330Wh/kg,而用于特斯拉的松下的三元电池已经可以做到252Wh/kg,国内三元电池仍有较大潜力可挖”。
鉴于能量密度还有很大提升空间,三元电池成为主流技术路线趋势已不可逆转。但时至今日,困扰三元电池的安全性仍然没有得到很好的解决,就连号称BMS做到全球最好的特斯拉,也是安全事故不断,今年仅国内就有两辆ModelS发生严重起火事件,三元电池的安全性仍然受到大家的质疑。
既然如此,有没有能量密度和安全性兼具的电池技术路线呢?答案是肯定的,那就是固态电池。业内普遍共识是,固态电池在继承传统电池优点的基础上,安全性、能量密度都有大幅进步,特别是充电时间可缩短至几分钟。近日,丰田更宣布研发全固态电池电动车,最快将于2022年上市,在业内引起巨大反响。
丰田宣布2022推出固态电池电动车
未来为什么是固态电池?
里程焦虑是困扰新能源汽车规模推广的首要难题,未来对于动力电池能量密度的要求只会越来越苛刻。目前新能源客车主要使用的是磷酸铁锂电池,虽然安全性有保障,但现在磷酸铁锂电池能量密度普遍在115Wh/kg,即使是比亚迪这样的磷酸铁锂龙头企业,能量密度也只能做到150Wh/kg,且已经接近极限值。
业内普遍认为,未来三年内三元电池必将完成对磷酸铁锂电池的替代,磷酸铁锂电池最终会退出新能源车市场。近日,特斯拉宣布摒弃此前所使用的18650三元电池,开始采用尺寸更大、能量密度更高的21700电池。按照特斯拉的说法,能量密度可提升20%,这也意味着三元电池系统能量密度已突破300Wh/kg。
从技术潜力角度来看,通过走三元路线实现300Wh/kg能量密度目标切实可行,但是能量密度提升的过程相对困难。三元电池目前的能量密度在200Wh/kg左右,其极限能量密度大约为350Wh/kg,提升空间非常有限。按照能量密度时间节点,2025年动力电池单体能量密度要做到500Wh/kg,三元路线达不到。
固态电池能量密度提升,从理论上讲更具可行性。首先固态锂电池电压平台提升,固态电解质比有机电解液普遍具有更宽的电化学窗口,有利于提升电池的能量密度;二是固态电解质能阻隔锂枝晶生长,材料应用体系的范围也大幅提升,为具有更高能量密度空间的新型电池技术奠定基础。
三星与麻省理工合作研发的固态电池
当前,固态锂电池已在较小范围内有应用,能量密度约400Wh/Kg,预估其最大能量密度值为900Wh/Kg,有超过100%的提升空间。中国工程院院士陈立泉曾表示,“固态电池的能量密度远超三元电池。动力电池关键在于成本、能量密度和安全性,要达成500Wh/kg能量密度目标,只有固态电池可胜任”。
再来说安全性,近年来国内外多次出现新能源汽车自燃事故,新能源汽车的安全性越来越受关注。原因就在于当前三元电池的电气安全、功能安全、化学安全、机械安全方面控制仍未完善。三元电池液态电解质易燃易爆,长期使用易触发“热失控”,在充放电过程中锂枝晶生长容易刺破隔膜,引起电池短路,造成安全隐患。
但固态电池则没有这样的烦恼,其固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、无漏液,同时固态电池在大电流下工作不会因出现锂枝晶刺破隔膜而导致短路,不会在高温下发生副反应产生气体发生燃烧,因此搭载固态锂电池汽车的自燃概率会大大降低。所以,安全性也被认为是固态电池发展的最根本驱动力之一。
相同容量下固态电池体积更小
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