電動(dòng)汽車固態(tài)電池之路

電動(dòng)汽車在全球所有市場(chǎng)的銷量繼續(xù)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，盡管在 由于 COVID-19 大流行的汽車市場(chǎng)。歐洲和中國(guó)以1.4MM和1.1MM引領(lǐng)全球市場(chǎng) 2020年新增注冊(cè)。歐盟的市場(chǎng)份額仍然沒(méi)有受到大流行的影響，歐洲的市場(chǎng)份額為10% 汽車，電池電動(dòng)汽車（BEV），插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PHEV）或燃料電池 電動(dòng)汽車。此外，隨著全球需求和供應(yīng)的增加，成本正在下降。

成本限制組件將很快決定大規(guī)模采用的時(shí)間。對(duì)于FCEV，降低成本 氫氣從目前的6.50美元/千克降至1.50美元/千克是點(diǎn)燃點(diǎn)。電池成本將加快采用速度 BEV和PHEV，電池組消耗消費(fèi)者總成本的30%。盡管如此，隨著汽車需求 每千瓦時(shí) （kWh） 的成本呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，降至 137 美元/千瓦時(shí) 2020年底。彭博NEF估計(jì)，以100美元/千瓦時(shí)的價(jià)格，電動(dòng)汽車的成本將與汽油動(dòng)力汽車持平。車輛。

雖然氫能和電池汽車之間的爭(zhēng)論遠(yuǎn)未結(jié)束，但BEV可能會(huì)主導(dǎo)市場(chǎng) 短期內(nèi)，特別是對(duì)于不需要足夠大的電池為級(jí)別提供動(dòng)力的輕型車輛 八卡車。但即使在電池領(lǐng)域，最好的電池技術(shù)也沒(méi)有明確的選擇。鋰離子（Li-ion）主導(dǎo)著市場(chǎng)，但還有其他可行的 - 有些技術(shù)上 優(yōu)越——當(dāng)今市場(chǎng)上的電池化學(xué)成分。

隨著鋰離子的成本預(yù)計(jì)很快趨于平穩(wěn)，創(chuàng)新的機(jī)會(huì)與替代 化學(xué)成分以獲得電池細(xì)分市場(chǎng)的份額。一種這樣的化學(xué)物質(zhì)，固態(tài)電池，有望 成為電動(dòng)汽車電池的領(lǐng)先化學(xué)品。本文回顧了固態(tài)電池技術(shù)和 將其與當(dāng)今市場(chǎng)上的其他頂級(jí)電池技術(shù)進(jìn)行比較。

鋰離子電池和領(lǐng)先的替代品

大多數(shù)電動(dòng)汽車電池都是基于鋰離子的。作為一種液態(tài)技術(shù)，鋰離子的工作原理是利用鋰來(lái)攜帶 電極之間的電荷。為了正確看待電動(dòng)汽車電池的規(guī)模，他們使用了 10，000 次 手機(jī)的鋰含量，增加了對(duì)鋰的需求并推高了其商品價(jià)格。然而，鋰離子電池并非沒(méi)有挑戰(zhàn)，導(dǎo)致電池制造商開(kāi)發(fā)替代品，例如 鎳氫 （NMH）、鉛酸、超級(jí)電容器和固態(tài)電池。

鋰離子

電動(dòng)汽車制造商更喜歡鋰離子電池技術(shù)的最大原因之一是其高 功率質(zhì)量比。重型組件是續(xù)航里程的大敵，因?yàn)殡姵貑?dòng)時(shí)消耗過(guò)多的能量和 停止較重的車輛，而不是每次充電行駛更遠(yuǎn)的距離。此外，鋰離子電池 在高溫下具有比其替代品更高的能量密度和更好的性能。鋰離子的使用 在消費(fèi)電子行業(yè)中，高能量密度是部分原因。

電子設(shè)備尺寸的減小以及對(duì)每次充電更長(zhǎng)工作時(shí)間的渴望刺激了創(chuàng)新 此參數(shù)。因此，鋰離子的能量密度是NMH和鉛酸的2.5倍以上。電池。此外，鋰離子電池是可回收的，使其成為注重環(huán)保的不錯(cuò)選擇 消費(fèi)者。

鋰電池由以下部分組成：

• 陰極（由鈷、鎳或錳制成），用于確定電池的容量和電壓
• 使電流流過(guò)外部電路的陽(yáng)極（由石墨或硅制成）
• 由鹽和其他添加劑組成的電解質(zhì)，可將離子從陰極轉(zhuǎn)移到陽(yáng)極。它 是電池類型的名稱（"鋰離子"意味著鋰以 負(fù)離子）
• 防止陽(yáng)極和陰極直接接觸的隔板

雖然鋰離子電池是一種低成本和技術(shù)優(yōu)勢(shì)的解決方案，但對(duì)這種電池的需求呈爆炸式增長(zhǎng)。再加上影響其原材料的商品通脹提振了成本，使價(jià)格停止上漲 繼續(xù)向下。此外，它確實(shí)存在因溫度變化過(guò)大或急劇而腫脹的風(fēng)險(xiǎn) 撞擊，并且由于它是液體，因此在劇烈撞擊時(shí)可能會(huì)泄漏。最后，鋰是一種堿金屬， 這意味著它具有高度反應(yīng)性和易燃性。此功能是另一個(gè)需要清除的關(guān)鍵安全障礙。

鎳氫

雖然鋰離子電池是全電動(dòng)汽車（AEV）的標(biāo)準(zhǔn)，但NMH更適合混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 （HEV）和插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PHEV）。雖然NMH比鋰離子或鉛酸具有更好的生命周期， 化學(xué)反應(yīng)帶來(lái)了它的缺點(diǎn)。鎳氫電池比鎳氫電池便宜 鋰離子，但它們?cè)诓皇褂脮r(shí)會(huì)經(jīng)歷更高的自放電率。NMH還會(huì)產(chǎn)生大量熱量 工作范圍的較熱端。這種多余的熱量產(chǎn)生導(dǎo)致范圍縮小和壽命縮短 周期。這項(xiàng)技術(shù)還存在制造商和消費(fèi)者必須出現(xiàn)的意外氫氣損失風(fēng)險(xiǎn) 監(jiān)視和控制。

鉛酸

雖然鉛酸電池在液態(tài)選項(xiàng)中的技術(shù)表現(xiàn)最接近鋰離子，但本質(zhì)上是 降級(jí)為研究或權(quán)宜之計(jì)。它們表現(xiàn)出較差的低溫性能，對(duì)其使用具有挑戰(zhàn)性 在廣泛的全球氣候中，它們的壽命很短。雖然消費(fèi)者不太可能對(duì)更換感到熱情 30%的EV成本高于預(yù)期，該技術(shù)補(bǔ)充了素?cái)?shù)路徑化學(xué)物質(zhì) 安全，廉價(jià)，熟練的[短期]中間溶液。

超級(jí)電容器

與鉛酸電池化學(xué)一樣，超級(jí)電容器也是儲(chǔ)能的次要選擇。然而，他們的 主要區(qū)別在于它們有助于電池平衡其負(fù)載，在需要時(shí)獲取多余的能量或提供能量。這種靈活性在二次儲(chǔ)能源中至關(guān)重要。

用于BEV的鋰離子與固態(tài)電解質(zhì)

鑒于上述比較，液態(tài)電解質(zhì)的明顯贏家仍然是鋰離子。但這種認(rèn)識(shí) 不是故事的結(jié)局;如上所述，由于暴漲，鋰離子容易受到更高成本的影響 需求。此外，還有機(jī)會(huì)改善易燃液體捕獲的首要安全問(wèn)題 火災(zāi)。安全是電動(dòng)汽車激發(fā)公眾信心的最關(guān)鍵成功標(biāo)準(zhǔn)之一，因此行業(yè) 安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)可能會(huì)歡迎有機(jī)會(huì)加強(qiáng)安全功能。

固態(tài)電池（由鋰金屬組成）解決了鋰離子電池最緊迫的安全挑戰(zhàn)。他們 更穩(wěn)定，比已經(jīng)很高的鋰離子具有更高的能量密度，來(lái)自現(xiàn)成的 材料，并提供更低的可燃性，更快的充電和更擴(kuò)展的范圍。此外， 固體電解質(zhì)材料改善并擴(kuò)展了電動(dòng)汽車電池的性能范圍，充電速度更快，并且 使用現(xiàn)成的材料。

大規(guī)模采用的障礙

固態(tài)是電動(dòng)汽車電池的未來(lái)。然而，現(xiàn)在，大規(guī)模采用存在一些障礙： 電池開(kāi)發(fā)人員必須解決。固態(tài)電池由于缺乏 大量生產(chǎn)資本。降低成本以鼓勵(lì)消費(fèi)者購(gòu)買至關(guān)重要 固態(tài)電動(dòng)汽車。

固體鋰電解質(zhì)材料中存在間隙，在以下情況下會(huì)降低電池性能和使用壽命 實(shí)施到BEV中。此外，固態(tài)電池容易開(kāi)裂，最好給它們充電 在 140 華氏度下獲得最佳性能。

與任何開(kāi)發(fā)材料一樣，制造過(guò)程的效率至關(guān)重要。有 迄今為止，還沒(méi)有大規(guī)模生產(chǎn)的電動(dòng)汽車固態(tài)電池。因此，制造業(yè) 缺乏固體電解質(zhì)材料經(jīng)驗(yàn)帶來(lái)的挑戰(zhàn)將大大延遲大規(guī)模 采用。制造問(wèn)題也可能導(dǎo)致電動(dòng)汽車電池廠關(guān)閉，從而推遲大部分 公眾與新電池的首次互動(dòng)，影響消費(fèi)者信心。

從資金的角度來(lái)看，通過(guò)汽車制造商本身獲得當(dāng)前投資將實(shí)現(xiàn)更高的 采用和消費(fèi)者進(jìn)入市場(chǎng)。此外，公司正在投資數(shù)億美元 進(jìn)入該技術(shù)，以找到更好的鋰離子解決方案并降低固態(tài)制造成本。

結(jié)論

鑒于固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)，主要汽車制造商正在將其戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向這種電解質(zhì)。 化學(xué)。隨著固態(tài)電池將成為未來(lái)電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)電解質(zhì)技術(shù)， 豐田宣布，到2030年將投資13.5億美元用于這種化學(xué)反應(yīng)。此外，包括大眾、福特和 寶馬是承諾在未來(lái)幾年為電動(dòng)汽車提供固態(tài)電池的原始設(shè)備制造商之一。

固態(tài)電池并非沒(méi)有挑戰(zhàn)，解決了液態(tài)電池的可燃性安全問(wèn)題 電池，充電速度更快，并提供更遠(yuǎn)的行駛里程。獲得資本設(shè)備，并 增加電池供應(yīng)將為市場(chǎng)從液體過(guò)渡到液體過(guò)渡創(chuàng)造滑行路徑 固態(tài)。行業(yè)和消費(fèi)者都將從這一轉(zhuǎn)變中受益。