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固态电池和锂离子电池有什么区别?

目前电动车储能系统使用的大多是锂离子电池,虽然它们能量密度高、充电速度快,却有安全性等问题。因此,产业界正积极开发固态电池,期待它能取代传统的锂离子电池。

在当前锂离子电池体系下,依靠高镍三元正极、硅碳负极和电解液的组合将在3-5年内达到性能极限(能量密度上限350Wh/Kg),但仍无法彻底满足动力电池对安全性、能量密度与成本的要求。而由于固态电池在安全性与能量密度方面具备更大潜力,近年来受到了学术界与产业界的广泛关注。

锂离子电池采用液态电解质,有重量、安全性与寿命的问题

固态电池与锂离子电池的主要差异在电解质。锂离子的电解质是液态的,以凝胶体、聚合物的形式存在,让电池的重量难以下降。此外,单一锂电池组的能量不高,因此必须将多个电池组串联,让重量进一步增加。工程、制造与安装电池组的成本占电动车整体成本很大的比例。

除了重量问题,电解质也具有可燃性,在高温下不稳定,有热失控的问题,若发生车祸,可能会导致严重火灾。电解质在低温也容易冻结,降低电池的续航力。另外,电解质会腐蚀电池的内部组件,充放电的过程也会产生晶枝(dendrites),降低电池的容量、性能与寿命。

固态电池的电解质为固态,能量密度高

固态电池内部没有沉重的液态电解质,而是玻璃、陶瓷或其他材料形式的固态电解质。固态电池的整体结构与传统锂离子电池相似,充放电方式也大同小异,但因为没有液体,所以电池内部更紧密,体积更小,能量密度增加。若将电动车内的锂离子电池改用同样体积的固态电池取代,电容量理论上可以提升2 倍以上。

而且固态锂电池的重量较轻,也不需要锂离子电池的监测、冷却和保温系统,底盘能空出更多空间放置电池,让电动车续航力大增。

另外,固态电池的充电速度比锂离子电池快,也没有腐蚀性的问题,寿命更长。关于工作温度,固态电池具有热稳定性,也不会在低温冻结,对生活在中高纬度的使用者,这能确保电动车的续航力。

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