液态电池为正极+电解液+隔膜+负极结构,为目前大规模量产形态;
半固态电池为正极+电解液+隔膜(涂覆固态电解质)+负极结构,和液态电池结构一致,被认为是过渡态技术;
全固态电池为正极+固态电解质片+负极结构,电池整体为三明治结构,被认为是未来电池终极技术;
液态电池到全固态电池,核心是将电解液+隔膜替换为固态电解质。电解液相当于汽油,汽油浸润性好,但容易燃烧,安全性不足;固态电解质相当于沙子,安全性大幅提升,但是浸润性差。电解液到固态电解质,相当于沙子去替换汽油,这是一把双刃剑,必然带来一些优势,但也会引入避免不了的劣势。
固态电池:提升安全性+能量密度,降低循环+快充性能
传统液态电池中,电解液相当于汽油,汽油浸润性好,对应循环次数高,快充性能好,但容易燃烧,对应的是安全性不足,能量密度有限;
固态电池中,固态电解质相当于沙子,大幅提升安全性,打破能量密度瓶颈,但是浸润性差,有固-固界面问题,对应的是循环次数低,快充性能差。
液态电池到全固态电池,会提升安全性、提升能量密度,但是降低循环次数和快充性能,电池终极技术或为一把双刃剑。
固态电池:有诸多本质的难点,制约中期商业化进程
固态电池虽然具备安全性、高能量密度的终极标签,但是由于固-固界面的引入,离子电导率低、界面稳定性差,带来循环、快充等问题,制约其商业化进程。
循环寿命差:液态电池可达1.5万次,固态电池仅为几百次;
快充性能差:液态电池已达4-6C,固态电池部分可达2-3C,但大部分基本在0.5C以下;
加工性能差:固体无流动性,类比沙子,加工难度大;
成本高昂:液态电池成本0.2-0.3元/Wh,固态电池成本4-5元/Wh,为液态电池的十倍以上。
固态电池:待短板性能突破后,有望大规模替代液态电池
固态电池的短板是电解液换为固态电解质的必然结果,目前液态电池的综合性能较好,成本处于较低水平,而固态电池想要大规模的替换掉液态电池,短板性能需要达到电车要求,而此时液态电池性能必然过剩。
固态电池(性能均衡时候):安全性好,能量密度高,具备核心优势,但循环+快充性能也需满足电车需求,性能较为均衡,快充性能4C以上,循环3000次以上,续航1000km以上。
液态电池(必然性能过剩):固态电池满足以上条件时,液态电池快充性能或达6-8C以上,循环或达2万次以上,性能必然过剩,此时引入固态电解质,才能将短板性能达到电车要求,进而成为电池终极路线,我们预计时间点至少在2030年以后。
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作者:Dominik Stephan
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