来源:八戒影院人气:303更新:2024-11-24 02:23:14
刘巍,男,1967年生于湖北红安,籍贯湖北武汉黄陂区,1986年至1990年于中南政法学院攻读经济法专业,获法学学士学位,毕业分配至湖北省人民检察院,并下派至武汉市江夏区、武汉市江岸区、武汉市、麻城市人民检察院任助理检察员、检察员,出庭支持公诉;1992年调回中南政法学院,从事科研管理工作,1995年从事行政法与行政诉讼法的教学和研究工作。1996年至1999年于中南政法学院攻读宪法与行政法学专业,获法学硕士学位。生活多转折。
教学工作:自然辩证法、现代科技革命与马克思主义、马克思主义基本原理、逻辑学。研究方向:科技哲学、马克思主义基本原理、三农问题。
刘巍,男,1967年生于湖北红安,籍贯湖北武汉黄陂区,1986年至1990年于中南政法学院攻读经济法专业,获法学学士学位。现为中南财经政法大学法学院副教授、硕士研究生导师。发表学术成果50余篇,信奉“学术无处不在”,主张多角度、多视野研究法学,多吸取哲学、政治学、社会学和历史学的研究成果,正努力实现自身的研究转型。
为什么是固态电池?
首先,先简单说一下什么是固态电池。
根据目前的相关资料,可以根据固态电池里电解质中液体的成分占比而进行分类。因此,固态电池可分为分为半固态锂电池(液固各占一半)、准固态锂电池(固多液少)、固态锂电池(少量液态)、全固态锂电池。
而全固态电池也就是正极、负极和电解质均为固态的锂电池。
相对于应用更广泛的锂离子电池,固态电池有相对的一些优势:
01
更稳定,更安全
固态电池没有液态物质,意味着其不会漏液。当损坏、被穿刺时不会产生爆炸或着火。此外,虽然固态陶瓷氧化物电解质相对来说比较脆弱,但并不代表它就是不稳定。
其电解质具备一定的柔性,配合相应的封装材料,电池在经受上千次也可保证性能不会衰减,保证了稳定性。
目前新能源 汽车 频发电池自燃或者爆炸的现象,车企和消费者对于电池安全都十分重视。因此,相对高安全性成为固态电池的最大优势。
02
体积更小,整体重量减轻
在固态电池中,固态电解质取代了隔膜和电解质(占电池中近40%的体积和25%的质量),意味着正负极之间仅剩固态电解质,因此两极间的距离可缩短至十几微米,从而使电池厚度大大降低。
03
更高的能量密度
这也是为什么现在越来越多车企研发固态电池的重要原因之一。
业界认为,固态电池的密度和结构可以让更多带电离子聚集在一端,传导更大的电流与提升电池容量,使能量密度能提升到 400Wh/kg 以上,优于一般的锂电池,有效解决里程焦虑的问题。
回到文章开头,为什么蔚来会选择固态电池,除了上文提及固态电池天生的优势以外,蔚来本身在电池使用方面,风格一向是偏向“大胆进攻”。
蔚来ES6是国内车企里第一波装配宁德时代NCM811电池的车型,其系统能量密度达170wh/kg。很大一部分原因,ES6要搭载NCM811就是看中了其更更高的能量密度。
宁德时代的NCM811动力电池的电芯能量密度为240Wh/Kg,Pack能量密度达到了170Wh/Kg,工况续航里程达到510km。从数据上来看,是算非常不错的。因此,除了蔚来,据悉广汽新能源Aion S与吉利几何A也是搭载宁德时代的NCM811动力电池。
无可否认,NCM811都是目前国内大多数电池企业所走的方向。但并不意味着NCM811电池能够担得起电动 汽车 的未来。
目前,中日韩在锂离子电池的技术发展路线来看,日本企业主要大力发展NCA(镍钴铝)体系锂电池,而中国与韩国更大力发展NCM(镍钴锰)体系锂电池。
从数据上来看,NCA电池的克容量相比于NCM811要稍高,安全性能相对更好。但NCA容易在高温下发生崩塌导致热失控,且pH 值过高易使单体胀气,进而可能引发危险。因此,其对制作工艺水准要求高且实际生产成本较NCM811更高。
这也是为什么国内企业会更偏爱NCM811,技术要求没有更苛刻,成本也相对较低。但是,这样的反面就是NCM811承载着更多关于安全的不确定性。
在NCM811电芯中,镍的比例已经达到非常高值,NCM811电池中正极材料的镍钴锰比例为8:1:1,镍的比例越高,意味着电池能量密度越高。
但是随着电池使用期的增长,快充次数增加,在遇到过充过放、高温、外力冲击等情况时,即便是电池内部温度还处于设定安全状态,电芯正负极析氧或析锂发生电化学反应等导致热失控的风险都会很高,电池安全性会急速下降。
据了解,NCM811由于镍的比例过高,在生产中很容易出现安全性能下降、循环不稳定、充电效率下降、过热等问题。而且生产这种电池在制备工艺、设备、生产环境,以及配套高压电解液等方面的要求都远远高于普通三元电池。因此,目前国内只有别克电池和宁德时代对NCM811进行量产化。
韩国电池巨头企业中,比如SKI、LG化学、三星SDI均表示过计划推出NCM811电池,但目前来看都推迟了这个计划。虽然他们都没有透露具体原因是什么,但从计划的进度可以看出如果要大面积推出这种高能量密度的电池并不是一件简单的事情。
因此,大家都普遍认为蔚来在电池使用方面的打法是大胆进攻。
为什么目前的动力电池数据看着还行,蔚来还要转方向研究固态电池?
之前关于电池自燃、爆炸等话题一直占据热搜的事情,笔者就不多讨论。但无可厚非的是,蔚来,甚至说全球车企都在不断寻找更高能量密度同时需要更高安全性的动力电池。
而蔚来,就选择与辉能 科技 共同合作研发固态锂离子电池。
2019年初,辉能 科技 首度在美国2019CES消费电子展上公开展示颠覆性的BiPolar 固态电池包方案,新一代电池包仅由四颗电池芯构成,自带散热系统的电芯。辉能 科技 研发的BiPolar (双极电池)方案可以简化电池包内的线材、冷却系统,从而缩小电池包的体积。
也就是说,在相同的体积下,其电池的容量越大,能量密度越高,电动 汽车 的续航里程越高。另外有行业人士指出,也许辉能 科技 的固态电池技术方案可以有效解决电池短路的问题。
目前,辉能 科技 在固态电池领域掌握两大核心技术:一、LCB固态锂陶瓷电池采用独创固态氧化物电解质,具有高安全性、高能量密度、快充能力佳、高散热能力;二、MAB多轴向双极电池包以创新封装技术,针对固态电池优势所打造的电池包,可同时于电池芯内部串/并联、降低内阻值与产热、可简化冷却/机构材/BMS、成组效率相较传统液态电池包可提升29%~56.5%。
纵观现在新能源 汽车 市场,还是液态锂离子电池的天下。只是,对于续航里程以及安全性能的要求越来越高,再加上需要不断降低成本需求,动力电池行业肯定会发生一定的变化。
国科学院物理研究所研究员李泓表示,发展固态电池不会完全颠覆现有的产业格局,但是很大可能在细分领域产生新的龙头企业。
福特 汽车 储能策略与研究高级经理泰德·米勒(Ted Miller)谈到关于电动 汽车 里程问题,他认为除了固态技术,没有更多好的技术去解决长续航里程的问题。但是,谁会把固态电池技术商业化,他也无从得知。
固态电池是目前“新一代”的电池技术,除了电池企业着重布局以外,最重要的是车企也早已把固态电池纳入其新能源 汽车 发展的重要一环。
· 宝马集团于2017年牵手Soild Power开发固态电池,同时与国内的宁德时代展开合作,布局电气化车型。
· 2018年,大众集团向QuantumScape注资一亿美元用于开发固态电池,大众表示,计划与QuantumScape组建合资公司,让生产固态电池的技术达到产业标准,以便在2025年建成一条固态电池生产线。
·丰田也是较早着手研发固态电池的车企之一。丰田 汽车 董事、副社长寺师茂树目前表示,计划在明年东京奥运会期间向公众展示旗下固态电池电动 汽车 ,比原计划提前2年。丰田方面也表示,希望利用东京奥运会的契机让固态电池大规模商用推广。
· 比亚迪在2017年申请了一项固态锂电池正极复合材料专利,目前正推动固态电池迈向商业化。
· 现代集团已投资Ionic Materials用于固态电池研发。
· 本田在固态电池领域与松下联手,同时该品牌与宁德时代展开了合作。另外,本田与通用“官宣”共研“下一代”电池技术,除了燃料电池外,尚未透露更多细节。
*摘取相关新闻信息
可以看出,固态电池的技术发展还存在着很大的空间,这一块人人都想要拿下的大饼,现在还没有人可以拿下。
但是要拿下,又谈何容易?
据中国科学院物理研究所副研究员吴凡介绍,目前全球布局固态电池的公司和机构不完全统计有46家,国内外企业和资金主要围绕三个路径进行布局,分别是:聚合物电解质和无机电解质的氧化物、硫化物。
纵览全球固态电池企业,无论是初创公司还是行业巨头,暂未出现技术流动或融合的态势。欧美企业偏好氧化物与聚合物体系,而日韩企业则更多致力于解决硫化物体系的产业化难题,其中以丰田、三星等巨头为代表。
作为高性能体系的新型锂电池,固态电池在产业化方面仍然面临诸多挑战:
技术是其一。
固体电解质本身导电率较低,并且电化学不稳定性以及和电极的不兼容性导致电解质与电极界面阻抗较大。如何解决复合电极内、电极/固态电解质间的界面问题,是目前固态电池行业都需要去解决的问题。
上海 科技 大学助理教授刘巍与斯坦福大学教授崔屹等人于Cell Press旗下期刊《化学》发表了关于固态锂电池的相关文章。刘巍表示,目前较高的界面电阻问题是制约全固态锂电池商业化的主要原因。
此外,还有复合电极的固化工艺技术以及电极/固态电解质间的集成工艺技术,以及生产装备等都处于摸索升级的初级阶段,这些对于电池研发者和生产者来说都是极具挑战性的。
产业链环节是其二。
虽然固态电池上游相关材料发展很快,但它在其他电池部件上的选择与传统锂电也有一定差异,目前来看,国内产业链上的企业仍存在性能和技术的短板,尤其是固态电解质材料的制作工艺,距离高性能电池系统要求还有很长一段距离。
金属锂是固态电池负极的重要原材料,目前金属锂均价维持在60-70万元/吨之间,且不从技术角度去谈论,材料价格长期处于波动的状况会阻碍固态电池产业化的速度。
多国竞争,动力电池多路线发展带来不同的挑战是其三。
除了国内企业,上文提及的欧美队、日韩队目前在固态电池上的研究付出不比中国少。加上深厚的电池技术经验,会给中国的企业是带来一定的威胁感。
另外,还有燃料电池的来袭。
目前,除了早已涉燃料电池领域研究的宝马、丰田、本田、通用等车企外,现代集团开始发力布局氢燃料电池,奥迪也宣布重启燃料电池技术研发。
可见,车企并不是只把所有押注在固态电池一条路线上。
中国科学院院士、中国电动 汽车 百人会执行副理事长欧阳明高表示,从全球发展态势来看,固态电池的产业链仍然薄弱,从半固态电池走向全固态电池还有很长一段路,全固态电池大规模商业化估计在2025-2030年(以后)才会真正实现。
无论是蔚来这样的车企,还是松下、宁德时代的电池公司,亦或整个动力电池产业,想要把固态电池商业化,可谓任重而道远。