傳統動力電池體系難以滿足 10 年后的能量密度需求。眾所周知,動力電池直接對應新能車產品的性價比,而能量密度是動力電池的關鍵指標。我國電動車市場正經歷由“政策驅動”向“政策助跑”的轉換,政策對于鋰電產業能量密度提升的導向已經明確,補貼直接與能量密度掛鉤并不斷提高門檻。工信部頒布的《中國制造 2025》指明:“到 2025 年、2030 年,我國動力電池單體能量密度分別需達到 400Wh/kg、500Wh/kg。”指標分別對應當前乘用車動力電池單體平均水平 170Wh/kg 的 2-3 倍。
可燃的液態有機電解液是電池自燃的幕后元兇。新能源汽車銷量逐年增長卻伴隨著安全事故的增加,其中,電池自燃占比事故原因的 31%。自燃的原因是由于鋰電池發生內部或者外部短路后,短時間內電池釋放出大量熱量,溫度極劇升高,導致熱失控。而易燃性的液態電解液在高溫下會被點燃,最終導致電池起火或者爆炸。
面對能量與安全兩座大山,下一代鋰電的風口在哪?回望電動車電池技術發展史,從早期的鉛酸電池,到豐田等日企主打的鎳氫電池,再到 08 年特斯拉 roaster 使用的鋰離子電池,傳統液態鋰離子電池已統治動力電池市場十年。未來,能量與安全需求與傳統鋰電技術的矛盾將越來越凸顯,在下一代鋰電技術中,固態電池獲得了最高的關注度,已引發全球范圍的企業進行提前卡位。
固態電池是采用固態電解質的鋰離子電池。工作原理上,固態鋰電池和傳統的鋰電池并無區別:傳統的液態鋰電池被稱為“搖椅式電池”,搖椅的兩端為電池的正負兩極,中間為液態電解質,鋰離子在電解液中遷移來完成正負極間的穿梭實現充放電,而固態電池的電解質為固態,相當于鋰離子遷移的場所轉到了固態的電解質中。固態電解質是固態電池的核心。
固態電解質不可燃燒,極大提高電池安全性。與傳統鋰電池相比,全固態電池最突出的優點是安全性。固態電池具有不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發的特性,避免了傳統鋰離子電池中的電解液泄露、電極短路等現象,降低了電池組對于溫度的敏感性,根除安全隱患。同時,固態電解質的絕緣性使得其良好地將電池正極與負極阻隔,避免正負極接觸產生短路的同時能充當隔膜的功能。