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自燃有克星? 日产全固态电池能搞定么?

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安全、续航是电动车的使用痛点,新技术的进步是根本解决这些痛点的最终办法。日产研发的全固态电池技术,或许是个解决方案。

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网易汽车4月11日报道 电池安全是新能源用户非常关注的话题,“自燃”两个字是电动车绕不过去的痛点(为啥锂电池这么暴躁?点击阅读:聊聊电池安全这事)。动力电池能不能克服自燃?也许全固态电池是个路子。作为在电动领域经验丰富的日产,也透露了自己在这方面的研发进展。

■ 固态电池是啥?

没有了普通化学电池的电解液

目前常用的新能源汽车上的锂离子动力电池是一种可反复充电电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来产生电流。

锂离子电池放电时锂离子在正极嵌入,充电时锂离子在正极脱嵌,锂离子在充放电时通过电解液和隔膜在正负极之间移动。这就好比是城市中,行驶于A点和B点的物流车,它们来来往往的不停穿梭给这个城市带来了“电流”。一旦电解液和隔膜发生问题,电池就有热失控的风险。

当然了,引发安全问题的“罪魁”很大程度上就是电解液和隔膜,所以既要提升电池能量密度,又要确保稳定性,工程师们就想了一个办法,那就是用固态电解质取代电解液和隔膜。

“全固态电池”指的就是不含液体电解液,电极和电解质都采用固态材料的电池——以锂电池为例,可以分为全固态锂离子电池和全固态金属锂电池,前者负极不含锂金属,后者负极为锂金属。而日产则主要着力于硫化物路线的固态电池,同时采用软包设计。

全固态电池除开安全,在正负极材料的选择、能量密度、充放电特性等方面,都有自己的优势,理论上具备相当的技术潜力——所有这些都是牵一发而动全身的,比如充放电特性尤其是高温快充性能的改善,可以减少冷却系统的压力,无论是对于轻量化还是成本降低都很有好处。

固态电池的难点在哪?

电解质和界面是关键

既然固态电池优点不少,为啥大家现在不用?那肯定是遇到难题了呗……作为全新的技术,固态电池的技术难点不少,其中固体电解质本身和界面性能是比较典型的两个方面——固态电解质比如硫化物存在氧化,释放有害气体等问题;而固态电解质与电极的接触面问题就更多了,比如金属锂固态电池在大电流下界面析出锂降低性能,而这种大电流又是动力电池不可避免的……

总之,要实现要求严苛的汽车动力电池固态化,要解决的工程问题还是很多的,这都有赖于工程师一步步攻克。

■ 日产全固态电池全靠自己?

NASA、各个大学都有参与基础研究

日产虽然是个跨国大公司,但是全固态电池的研发还是需要各个技术细节的突破,所以,他们在这方面找来了一大波合作伙伴,进行基础材料的研究——当然,重点还是界面的各种问题。

比如连接固态电解质和正极活性物的粘结剂采用了特殊的纤维结构,这样可以降低阻抗,让锂离子的移动更为顺畅。

■ 日产全固态电池啥时候能用到?

预计6年之后就可以投放市场

目前国内已经实现了半固态电池的装车试验运行,但是全固态还没有实现。而根据此前的计划,日产预期到2028财年推出搭载独创全固态电池的电动车型,并计划在2024财年在日本横滨建造试点工厂。

最终在电池与整车性能方面,日产也有自己的预期:

当然,日产以往在电动领域的经验和技术在全新的全固态电池上,也可以得到应用,比如全固态的很多生产工艺就延续了此前锂电池的技术。

而在电池测试等方面,日产针对全固态电池硫化物气体释放等问题,也引入了新的测试环节,并探索其发生机制,从而更好抑制气体的发生。

■ 固态电池还有哪些优点?

不但安全,还能量高重量轻成本低

除了能量密度高、安全性好,固态电池由于没有隔膜和电解液,减少了注液等生产流程,同时循环寿命也更长——这样也有助于进一步降低电池的全生命周期成本,让新能源车的普及更有优势。

编辑有话说:

要彻底解决电动车的一些技术痛点,电池技术的突破绝对是个关键方向。日产在固态电池方面的进步,也让人看到了新能源车技术的新方向。我们也会继续关注新能源基础技术方面的新进展,敬请期待。

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