锂电池的技术路线里，藏着一座名为“固态电池”的金矿！

2021-12-14 14:45

打破能量密度瓶颈

谈及性能方面，液态锂电池的表现也不尽如人意。

随着新能源车的逐步渗透，在假期远程出行中开始扮演重要的角色。然而，表现得结果却是很不给力。今年十一长假的一则新闻很好地说明了问题。

据央视财经报道，10月1日，一位从深圳回湖南的新能源车车主，在耒阳服务区给车充电时，花费了五个多小时的时间。
“这四个小时里，我连洗手间都不敢上，因为怕被插队。当时在排队的车有二十几辆，我算了，至少要排队三个小时以上，把我后面好多车都劝退了。”

长期以来，续航和快充问题是液态锂电池美而尴尬的事实，如何提升续航和快充能力是进一步加快渗透率的症结所在。

按照国家2020年10月发布的《节能与新能源汽车技术路线图2．0》，2025我国纯电动汽车动力电池的能量密度年目标为400Wh／kg，2030年目标为500Wh／kg。

可是，目前国内的三元锂电池能量密度正在努力突破300Wh／kg以上，而磷酸铁锂电池能量密度上限约为180Wh／kg。

这样看来，在现有锂电技术下，单凭高镍的路径实现未来的能量目标需求是存在困难的，即便9＊等更高效的电池推出，受材料所限，想要积累起质变任务着实艰巨。

那么，是否具备提升能量密度更好的解决方案呢？在我们进一步研究影响能量密度的因素后发现了答案。

锂电池理论能量密度主要取决于正负极材料克容量和工作电压。通过研究可以发现，电压越大则能量密度越大。

不难理解，锂电池在工作的时候，电池电压会随着电量的降低而下降。假设其它条件不变，同等电流下，高电压的工作时间就显然比低电压长。

打个比方：一个高一点的蓄水池可以装更多的水，使用相同的水龙头排水，时间肯定更长。

那么，便意味着可以通过提升工作电压来增强锂电池的能量密度。

然而，基于目前液态锂电池的材料和使用安全性所限，正负极之间的电压差一般在4．2V以内，因此，依靠现阶段的材料难以实现。

另外一个关键指标就是比（克）容量，顾名思义，其意义便是每克锂电池材料含多少mAh（毫安时）电量。

比容量越大则能量密度越高。

简单而言，也就是同等重量携带更多的锂离子，参与化学反应的锂离子数量越多，那么能量就越大。但现有的液态锂电池正负极材料同样对未来的需求形成了一定的制约。

固态电池除了安全性能的提升外，也打破了制约锂电池能量密度的瓶颈。

从电压上来看，负极在未来采用金属锂后可以有效提升电压差至5V，这无疑带来续航能力的提升。

从比容量上来看，金属锂的比容量能达到3860mAh／g。

这相当于给锂离子安排了一套五星级别墅，而现有的石墨仅仅365mAh／g，只能勉强维持居住条件，回来晚了还有可能没有铺位。对比二者的差别一目了然。

在未来，正极的开发中也会使用到富锂锰基这类高比容量的材料。显而易见，高比容量材料的应用是进一步提升能量密度的必经之路。

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