6月25日,宁德时代董事长曾毓群今日在重庆车展上透露,除全固态电池、半固态电池,包括大家没有听过的凝聚态电池,宁德时代都在搞。曾毓群表示,动力电池化学体系的创新、结构的创新、制造的创新,再加商业模式的创新,整合在一起,才能推动新能源汽车行业的发展。
电池发展趋势:液态电池–半固态电池–固态电池
锂离子电池的电芯包括正负极、电解质、隔膜等,从电芯层面提高电池能量密度,就是从这些组成部分入手。半固态电池正好处在电解质提升这条路线上。
半固态电池优势
1、轻,能量密度高。
液态锂离子电池的能量密度上限被公认为300Wh/kg,即便是300Wh/kg也只是理论值。事实上国产的纯电动车,能量密度目前能达到170Wh/kg、180Wh/kg就已经算最优秀的而固态电池的能量密度很容易做到300-400wh/kg以上,理论能量密度更高达700Wh/kg,几乎是现在最先进的锂电池数据的一倍。
2、薄,体积小。
在传统锂电池中,需要使用隔膜和电解液,它们加起来占据了锂电池中近40%的体积和25%的质量。而如果把它们用半固态电解质取代(主要有有机和无机陶瓷材料两个体系),正负极之间的距离(传统上由隔膜电解液填充,现在由半固态电解质填充)可以缩短到甚至只有几到十几个微米,这样电池的厚度就能大大地降低,因此半固态动力电池技术是动力电池小型化,薄膜化的必经之路。
3、柔性化。
半固态锂动力电池使用脆性的陶瓷材料,在厚度薄到毫米级以下后是可以弯曲的,材料会变得有柔性。相应的,半固态动力电池在轻、薄化后柔性程度也会有明显的提高,通过使用适当的封装材料(不能是刚性的外壳),制成的电池可以经受几百到几千次的弯曲而保证性能基本不衰减。
电解质材料的演进正从电解液向半固态电解质、准固态电解质、全固态电解质发展。
国轩高科发布的半固态电芯,尺寸为580mm*120mm*9mm,重量为1341g,容量为136Ah,单体能量密度达360Wh/kg。
这款电芯,正极材料颗粒表面包覆有固态电解质,同时使用高安全的液态电解质、新型高安全功能隔膜及硅负极。
它通过了针刺、过充、过放、短路、挤压等测试项目。在三元电芯一向畏难的针刺测试上,国轩高科的第一代半固态电芯通过了测试条件1mm、0.1mm/s的针刺测试,到了第二代半固态电芯,已经能够通过5mm、25mm/s测试条件的针刺测试。
固态电池:
理论上说是以金属锂或者钠制成的玻璃化合物为传导物质,无需液体电解液的电池,若实现量产,目前市面上的液体锂电池将失去竞争力,锂电隔膜、电解液、后端设备需求量或将大大减少,相关企业的生存空间会被压缩。但是目前固态电池本质上还是半固态电池,其与固态电池的区别是:半固态电池的电解液含量在10%以下,而固态电池完全不含电解液。
凝聚态电池:
凝聚态,指的是由大量粒子组成,并且粒子间有很强的相互作用的系统。自然界中存在着各种各样的凝聚态物质。固态和液态是最常见的凝聚态。低温下的超流态,超导态,玻色-爱因斯坦凝聚态,磁介质中的铁磁态,反铁磁态等,也都是凝聚态。
凝聚态物理学的研究焦点包括相关材料,量子相变以及量子场论在凝聚态系统中的应用。所要解决的问题包括高温超导性、拓扑有序以及石墨烯与碳纳米管这样的新型材料的理论描述。
综上所述,凝聚态电池的核心就是能实现超流态,超导态,稳定,传导性更加优越,简单来说,就是电池更加稳定,容量更大,传导效率更快。而实现凝聚态电池的重要材料就是获得诺贝尔物理学奖的石墨烯。
石墨烯电池
优点:
1、成本低!石墨烯电池比锂电池成本低1/3稳定性比锂电池高。
2、能量密度高!石墨烯电池比能量超过600wh/kg。用作电动汽车电池续航可达1000km充电时间不到8分钟。宁德时代发布麒麟电池系统能量密度为255Wh/kg。
3、寿命长!是锂电池的2倍。
缺点:
1、安全性!石墨烯电池安全性方面要求高,要对每节电池加装保险装置。
2、还没造出来,哈哈!说笑了,整体来说,综合来看,与锂电池优势相关也不是很大。对于能源需求来说,更多只是一种补充。当前来看,锂电池仍是主流,且短中期很难改变。因为石墨烯电池也吹好多年了。
“凝聚态电池”(石墨烯电池名单):
1,南都电源:公司生产的石墨烯电池一直有在给市场供货。
2,九洲集团:超级电池是用石墨烯对铅酸密封电池的改进,有样板工程在试运行。
3,天能股份:发布有T9-MAX极电石墨烯电池 搭载帕欧达耐用核心技术系统。
4,锦富技术:新增宁德时代热管理公司,公司石墨烯技术运用于宁德时代的动力电池。
5,大富科技:参股子公司大盛石墨主要产品应用于一次电池、锂电池、手机、平板等电子产品。
6,中超控股:公司目前石墨烯复合半导电屏蔽交联聚乙烯绝缘电力电缆已实现产业化生产。
7,德尔未来:控股子公司烯成石墨烯研发领域包括但不限于导电添加剂、硅碳复合负极、石墨烯传感器等。
8,东旭光电:在2016年发布石墨烯锂离子电池产品“烯王”。“烯王”可在5C条件下,实现不到15分钟的快速充电,而且可在-30至80℃的环境下工作,循环寿命更高达3500次。2021年互动平台上,公司则回复称,烯王一代、二代石墨烯移动电源的超级快充技术在小动力电动工具和电动自行车上陆续得到成功应用;石墨烯电池其实并不是真正的电池,而是一种新材料超级电容。目前,石墨烯电池应用在新能源汽车上在技术上还有一定的阻碍。