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    1000公里续航的固态电池来了!

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    火星人

      阵阵寒风袭来,看着上千公里的回家之路,纯电动汽车车主脸色阴沉。明明标称续航600公里的车,才开了200多公里,电量已不足20%,进入服务区后,连个停车位都找不到,更别提充电桩了……

      每年冬季,续航焦虑就会萦绕在纯电动汽车车主心头,只有更大容量的电池商用,将纯电动汽车续航提升至上千公里,哪怕冬季缩水后也有五六百公里,恐怕才能彻底解决用户的续航焦虑。

      日前,哈佛大学约翰?A?保尔森工程与应用科学学院 (SEAS) 研究人员公布另一种新型锂金属固态电池,或许可以解决纯电动汽车的续航难题。

      固态电池,解决续航焦虑的希望

      续航焦虑之所以存在,是因为当前电动汽车所搭载的锂电池能量密度太低,国内汽车较为普及的三元锂电池或磷酸铁锂电池,能量密度通常不超过250Wh/kg。

      普通B级轿车、SUV百公里能耗一般在15kWh左右,若想实现续航1000公里,则需要大约150KWh电池,重量大约600kg。但与此同时,大电池需要占用太多空间,同时自身的重量也会影响到续航。因此,关于高能量密度电池的研发从未停止,而目前看来最有可能实现的方案就是固态电池。

      与传统电池相比,固态电池核心区别在于以固态电解质取代电解液,用锂金属阳极取代石墨阳极。特斯拉21700锂电池能量密度不过300Wh/kg,已经达到了锂电池的天花板,很难突破这一瓶颈,但300Wh/kg只是固态电池的起步级别,稍强一些的固态电池,能量密度就能达到500Wh/kg。

      SEAS材料科学副教授Xin Li表示,锂金属阳极电池的容量密度,可以达到商用石墨阳极电池的十倍,大幅提升电动汽车的续航里程。

      同时,该团队开发的新型固态电池还支持超级快充,大约10分钟即可充满电,充电速度堪比5C麒麟电池,充放电6000次后健康度依然在80%以上。

      1000公里长续航的固态电池包,重量可能在300kg以内,并且占用的空间更少,有利于车企充分利用车内空间。当前不少汽车采用天幕设计,其中就有电池的原因,大量电池堆挤在汽车底部,车顶采用传统设计,有可能导致车内空间不足,或车身整体偏高拉低颜值。

      固态电池的高能量密度则可以充分解放车企设计能力,令电动汽车动力、颜值、实用性、舒适性各方面均拥有更广阔的提升空间。

      国内外关于固态电池的研究已有多年,前段时间丰田汽车也公布了新一代固态电池,号称能量密度可达传统三元锂电池的七倍,充电十分钟续航1000公里。

      似乎,固态电池上商用节点已至,续航上千公里的纯电动汽车距离我们不远了。但事情真的是这样吗?

      商用近在咫尺,却无法惠及大众

      固态电池距离我们远吗?不远了!当然,也要分车企,丰田固态电池预计2027年-2028年商用,其他海外车企的固态电池,大多也计划2028年前后商用。

      一向积极的国内新能源车企却不打算等待海外车企,上汽计划2024年实现固态电池商用,首发该电池的品牌为智己汽车。长安汽车则计划2025年实现固态电池落地商用,广汽、奇瑞、蔚来等车企也在加速推动固态电池技术发展,2025年或许可以被称为「中国固态电池元年」。

      需要注意的是,初期固态电池技术不够成熟,能量密度可能只有300Wh/kg~500Wh/kg,能够达到三元锂电池的两倍。后期随着技术进步,更高能量密度的固态电池才会逐步商用。

      然而,无论固态电池能量密度、安全性表现多么优秀,都与绝大多数国内消费者无关,我们买不起搭载固态电池的汽车。

      阻挠固态电池商用普及最大的问题不在于技术难度,而是该产品超高的成本。蔚来汽车的150kWh半固态电池,成本大约22万元-25万元,全固态电池成本更高,一块电池能买一辆理想L7 Air。

      尽管通过批量生产平摊成本,可以一定程度降低生产成本,但材料成本无法克服,固态电池注定只能用于50万元(包含固态电池包)以上的高端产品。

      好消息是,2023年中国科学技术大学开发出了新型固态电解质——氧氯化锆锂,其电解质成本大约为主流硫化物和稀土基、铟基氯化物的4%,并且充放电次数可达2000次(电池健康度不低于80%)。电池从实验室走上生产线,往往需要数年时间研发和验证,氧氯化锆锂电解质能否商用,还需要时间检验。

      另外,近几年随着锂元素开采与冶炼技术的升级,锂资源价格持续走低,但可开采锂矿资源终究有限,未来电动汽车份额持续提升,锂矿涨价不可避免。这些固态电池也属于锂电池,成本难免随着锂矿涨价而上涨。

      因此,除了固态锂电池,车企与动力电池企业还需要考虑,是否要加入固态钠电池技术的研发。

      固态钠电池,更适合未来的选择?

      2023年是中国钠离子电池元年,搭载钠离子电池的汽车已陆续下线。相较于锂元素,钠元素在地球上的储量更加丰富,成本相对低廉。目前钠离子电池的主要问题在于能量密度太低。

      早在2020年中科院大连化学物理研究所就公布了一款固态钠电池,具有高能量密度、长寿命、低成本等优势。该电池循环放电535次后,能量密度依然保持在355Wh/kg。尽管低于其他研究机构开发的固态锂电池,但已经高于普通的三元锂电池。

      中国科学院物理研究所(北京凝聚态物理国家研究中心)与中国科学院青岛能源所也先后提出了一些固态钠电池解决方案,广州昊威新能源科技有限公司于2023年宣布,将在重庆投资100亿元,建立固态钠电池生产线。

      高工产研GGII咨询公司预测,现阶段,(半)固态钠离子电池仍处于开发初期,随着专利技术储备增加与突破,(半)固态钠离子电池有望在2026-2027年实现规模量产。

      显然,短时间固态钠电池能量密度无法追上固态锂电池,但较低的成本却可以辐射中低端车型。未来中低端车辆借助高能量密度的固态钠电池实现上千公里长续航,高端车型则凭借固态锂电池实现更长的续航,或许是车企与消费者都愿意见到的最好局面。本文来自微信公众号“电车通”(ID:dianchetong233),作者:小鹰同学

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