172019年XNUMX月

福特汽车公司能源存储高级经理Ted Miller最近表示: 没有固态技术,我们看不到另一种方法。“声明涉及更强大的电动汽车电池。 米勒先生继续澄清:“我现在无法预测的是谁将把它商业化

什么是固态电池?为什么商业化如此困难?

首先,让我们澄清一些误解。

被称为LiPo的聚合物电池是锂离子电池。

圆柱形电池,如18650电池(在早期的特斯拉型号中使用)也是锂离子电池。

棱柱形电池也是带有硬壳的锂离子电池。

固态电池也是如此。 它涉及更新的制造工艺,但它是锂离子电池。

所有这些锂离子电池的差异都有一个共同的物理原理:锂离子有助于储存电能。

简单地说,锂离子电池在锂离子之间来回移动 两个电气层:阳极和阴极。 当离子位于阴极时,电池放电。 当它们移动到阳极时,电池就会充电。 阴极和阳极称为电极。

这两个电极之间的离子的运动由称为的中间介质促进 电解质。 它是一种导电解决方案:它允许离子以很小的阻力穿过它。 一个关键属性被称为 电导率:它是离子通过电解质的容易程度的科学量度。 高电导率意味着离子可以轻松快速地传播。 低意味着相反。

在锂离子电池中,将两个电极浸入电解质溶液中。 今天的电池使用液体或凝胶状电解质。 电池制造商竭尽全力为其电池配制独特的电解质。 配方确实会影响许多电池的规格,特别是循环寿命(电池可以充电和放电的次数)。

在固态电池中,液体或凝胶电解质消失。 而是由夹在两个电极之间的“固态”层代替。 “固态”是指该层不是液体,而是物理固体。 该材料可以由陶瓷,玻璃或甚至塑料状聚合物,或这三种材料的某种混合物组成。

那么为什么要使用固体电解质? 有两个主要原因。 首先,具有固体电解质的电池比具有液体电解质的电池占用更少的空间。 这意味着可以在相同的体积中包装更多的能量。 所以, 能量密度 - 一个重要的电池指标 - 上升。

第二个原因是安全。 液体或凝胶电解质比固体电解质更容易着火。

传统上,固体电解质的主要挑战是导电性差,特别是在室温下(25°C或77°F)。 液体或凝胶电解质的导电率比固体电解质的导电率高约1,000倍。 换句话说,固体电解质对锂离子流动具有高得多的抗性。 这导致了若干性能挑战,从较差的循环寿命和无法以快速充电开始。

一些公司提出在高温(> 80°C)下操作固态电池以提高导电性。 但是在大多数使用场景下这是不实际的。

因此,对固体电解质材料的追求仍然是一个非常活跃的探索和发现领域。 对行业有信心会发现更好的材料,然而,我们真的无法预测什么时候会有广泛采用的突破。

另一个具有挑战性的方面是固体电解质的表面稳定性和可制造性。 与液体溶液不同,玻璃和陶瓷电解质不可变形。 它们必须使用高外部压力与两个电极组装,相当于约1,000气氛。 现有的电池制造工厂是否可以为此目的进行重组是值得怀疑的。 如果不是这样,固态电池的经济性无疑将受到影响,就像目前的情况一样。

简而言之,突破性的材料创新有很大的前景,使固态电池成为现实。 然而,仍然存在许多挑战。 我个人不希望在未来几年内看到商业规模的固态电池。 随着价格的持续下降,我们将继续看到传统锂离子电池的演进进展。

但在所有情况下,固态电池都遵循与传统锂离子电池相同的物理原理。 因此,为传统锂离子电池开发的许多电池管理解决方案将不断发展并继续应用。 这是个好消息。