電動汽車中的固態(tài)電池：它們是什么以及它們的作用

來源：懂車帝時間：2023-07-29 11:54:04

固態(tài)電池可能最終會說服許多電動汽車懷疑論者大步邁進電動汽車。

電動汽車已經(jīng)在全球汽車產(chǎn)業(yè)中站穩(wěn)了腳跟。2020年，電動汽車占全球乘用車銷量的比例不到5%。2021年，電動汽車市場增長到9%，2022年增長到14%。汽車制造商——無論大小——都在努力追趕并加入電動汽車革命。

(資料圖)

盡管一些汽車制造商仍在追求氫燃料電池電動汽車，但純電動汽車在今天銷售的電動汽車中占據(jù)了大部分。到2022年，全球約售出1050萬輛電動汽車，其中73%是純電動汽車，近27%是插電式混合動力汽車。氫燃料可能會復(fù)蘇，但在可預(yù)見的未來，電池可能會成為電動汽車的流行選擇。出于這個原因，汽車公司正在大力投資于合作伙伴關(guān)系和內(nèi)部研發(fā)項目，以將電動汽車電池技術(shù)提升到一個新的水平。

純電動汽車競賽的下一個重大突破是固態(tài)電池，許多公司都在夜以繼日地努力使固態(tài)電池成為當今電動汽車電池的可持續(xù)、經(jīng)濟的替代品。那么什么是固態(tài)電池呢？它與目前的電動汽車電池有何不同？固態(tài)電池有什么好處？

什么是固態(tài)電動車電池？

固態(tài)電動汽車電池是一種使用固體電解質(zhì)材料在正（陰極）和負（陽極）電極之間傳輸鋰離子的儲能裝置。根據(jù)離子的流動，電能要么被儲存（即在電池充電期間），要么被釋放（即在電池使用期間）。固體電解質(zhì)充當傳輸介質(zhì)和電極之間的物理分離器。

如今的智能手機、電動工具和電池驅(qū)動的電動汽車（混合動力電動汽車(hev)、插電式電動汽車(phev)或純電動汽車(bev))目前使用的是帶有液體電解質(zhì)（鋰鹽）溶液的鋰離子電池。

固態(tài)電池比鋰離子電池好嗎？

固態(tài)電池有巨大的潛力成為目前液體電解質(zhì)鋰離子電池的更好替代品。固態(tài)電池有幾個重要的優(yōu)點，即：

更高的能量密度更高的安全充電時間更短更大的工作溫度范圍長壽命

?固態(tài)電池有更高的能量密度嗎？

今年的一些最新研究發(fā)現(xiàn)表明，與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，固態(tài)電池的能量密度要高得多。目前，鋰離子電池的能量密度可以達到每公斤100到265瓦時(Wh/kg)。另一方面，美國宇航局的最新研究表明，固態(tài)電池可以達到500 Wh/kg。

那么，更高的能量密度對電動汽車購買者意味著什么呢？我們可以列出一些小好處（例如，你可以在車里給更多的手機充電，或者開著空調(diào)坐在電動汽車里，等等），但最重要的好處是行駛里程更長。電動汽車采用的主要挑戰(zhàn)之一是里程焦慮——電動汽車司機擔(dān)心在車輛到達目的地之前，驅(qū)動/牽引電池的電量會耗盡。

截至2023年，美國電動汽車充滿電的平均續(xù)航里程為291英里。使用固態(tài)電池，電動汽車的平均行駛里程可以達到近600英里。豐田的目標是為其未來的電動汽車提供續(xù)航里程為900英里的固態(tài)電池。

?固態(tài)電池更安全嗎？

根據(jù)去年2022年發(fā)表在《科學(xué)》上的一篇研究論文，固態(tài)電池通常被認為比傳統(tǒng)的鋰離子電池更安全。沒有揮發(fā)性和可燃的液體電解質(zhì)，固態(tài)電池不容易發(fā)生火災(zāi)和有毒物質(zhì)泄漏。由鋰離子電池?zé)崾Э匾鸬碾妱悠嚮馂?zāi)很難撲滅，特別是因為鋰和水結(jié)合產(chǎn)生的氫氣可能會進一步助長火勢。

?固態(tài)電池充電更快嗎？

固態(tài)電池比傳統(tǒng)鋰離子電池充電快，原因如下：

固體電解質(zhì)比液體電解質(zhì)具有更低的內(nèi)阻。固態(tài)電池具有更高的熱穩(wěn)定性，允許它們處理更高的充電電流。沒有可燃液體電解質(zhì)，固態(tài)電池的退化速度會更慢，制造商可以設(shè)計出更快的電動汽車充電系統(tǒng)，而不必擔(dān)心與充電相關(guān)的電動汽車火災(zāi)和縮短電池壽命。

目前，大多數(shù)電動汽車需要30分鐘的充電時間，使用最快的3級直流充電器將電池從10%充電到80%。相比之下，豐田第一代全固態(tài)電池的目標是在相同的充電狀態(tài)下充電10分鐘。

?固態(tài)電池能在寒冷天氣下工作嗎？

多年來，許多電動汽車研究表明，電動汽車在寒冷天氣下的性能不佳。其中一些問題包括充電緩慢、行駛功率較弱、行駛里程較短。

一般來說，鋰離子電動汽車電池在華氏70度（21.5攝氏度）左右運行最佳，但它們在華氏50到86度（10到30攝氏度）之間仍然可以返回出色的結(jié)果。另一方面，固態(tài)電池理論上可以在-40到338華氏度（-40到170攝氏度）范圍內(nèi)高效工作。

誰在汽車上使用固態(tài)電池?

截至2023年7月，還沒有一家汽車制造商發(fā)布使用固態(tài)電池的量產(chǎn)車型。然而，在2020年，豐田展示了一款搭載固態(tài)電池的LQ概念原型車。

爭奪電動汽車主導(dǎo)地位的競爭正如火如荼地進行，一些汽車公司正在大力投資開發(fā)固態(tài)電池，以實現(xiàn)可擴展性、實用性和可負擔(dān)性。這些公司包括寶馬、福特、通用、本田、現(xiàn)代、奔馳、日產(chǎn)、保時捷、Stellantis集團、豐田和大眾汽車。

豐田有固態(tài)電池嗎?

盡管豐田確實為LQ概念車配備了固態(tài)電池，但由于成本、重量、續(xù)航里程和原材料供應(yīng)等因素，這些電池和電池組距離大規(guī)模生產(chǎn)階段還很遠。然而，去年6月，豐田公布了期待已久的純電動汽車戰(zhàn)略，其中包括非常有前景的全固態(tài)電池(assb)發(fā)展。

豐田計劃在2027年至2028年間推出第一代固態(tài)電池，這種電池可以提供大約740英里的行駛里程，從10%充電到80%只需10分鐘。第二代ASSB目前正在研究中，預(yù)計續(xù)航里程將超過900英里。

固態(tài)電池的壽命有多長？

目前，許多電動汽車制造商為傳統(tǒng)鋰離子電池提供8到10年或10萬英里的保修。盡管美國聯(lián)邦法律要求電動汽車電池的保修期至少為8年，但不同汽車公司的保修期可能有所不同。例如，有些公司只有在電池完全失效的情況下才會提供更換電池的費用，但日產(chǎn)、大眾和特斯拉等公司在保修期內(nèi)，如果電池的最大充電容量低于60%至70%，則會履行保修責(zé)任。

傳統(tǒng)鋰離子電動汽車電池的實際使用壽命要比保修期長得多。例如，特斯拉Model 3的電池設(shè)計續(xù)航時間為10至20年，即30萬至50萬英里。特斯拉已經(jīng)表明，它對電池壽命的估計不僅僅是口頭上的，因為2008款特斯拉跑車的電動汽車電池在15年后的2023年將達到其使用壽命。

由于固態(tài)電動汽車電池技術(shù)的新穎性，2021年進行的測試顯示，固體電解質(zhì)太“脆”，無法承受傳統(tǒng)鋰離子電池可以承受的相同數(shù)量的充放電循環(huán)。然而，最近的研究表明，固態(tài)電池可以續(xù)航40萬英里。

此外，在此壽命期間，固態(tài)電池只有在大約10,000次循環(huán)后才會出現(xiàn)明顯的退化。相比之下，傳統(tǒng)的鋰離子電池在循環(huán)2000到3000次時開始退化。這意味著固態(tài)電池將能夠比鋰離子電池保持更長的最大充電容量。

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