丰田固态电池相比三元锂电池和刀片电池有什么优势?

日前,丰田宣布将于2021首次展示固态电池技术,并将于2025年正式量产搭载固态电池的汽车。与此同时,丰田还发布了一项测试数据:其研发的固态电池在充电10分钟后可行驶500公里,丰田还表示希望电池在使用30年后仍能保持90%以上的性能。

看到这里,你是不是也想知道固态电池在哪里?相比主流的三元锂电池和磷酸铁锂电池,丰田的固态电池有哪些优势?

先回答第一个问题:固态电池在哪里?

固态电池多指固态锂电池。我们都知道传统的锂电池是由正极、隔膜和负极组成,然后充入电解液,而固态锂电池简单的说就是电池中没有气体和液体,所有的物质都以固体的形式存在,隔膜和电解液被固体电解液代替。

据悉,目前主流的固体电解质有三种,聚合物、氧化物和硫化物。丰田的技术路线采用的固体电解质是硫化物,参数好,导电率高,接近电解质,界面稳定。丰田在这条技术路线上积累了很多专利。

更换固体电解质后,锂离子电池适用的材料体系也会发生变化。最重要的是金属锂可以直接作为负极,而不是嵌锂的石墨负极,可以明显减少负极材料的用量,金属锂有高达3860?mA h/g?理论比容量和3.04?V的超负电极电位是高比能量电池的理想负极。

我们来看第二个问题:丰田的固态电池与主流的三元锂电池和磷酸铁锂电池相比有什么优势?

第一,能量密度更高。

大部分朋友都不愿意买电动车,因为担心续航、充电、寿命、安全。

电池的耐久性直接由其能量密度决定。这也是大部分车企采用三元锂电池的原因。磷酸铁锂电池虽然比三元锂电池安全性更好,寿命更长,但能量密度却远不及三元锂电池。即使是比亚迪的叶片电池,目前量产也只能做到140 Wh/kg的能量密度,体积能量密度达到230 Wh/L。

目前量产电动车使用的动力电池,特斯拉使用的能量密度最高,为21700。NCA三元锂电池,能量密度高达260Wh/kg,镍钴铝比为8:1.5:0.5,属于“高镍电池”。业内普遍认为三元锂电池的能量密度可以达到300Wh/kg。

但由于材料体系的不同,固态电池的能量密度一开始就达到了三元锂电池的两倍以上。当目前的能量密度在300Wh/kg挣扎的时候,固态电池的能量密度可以轻松超过400Wh/kg。

第二,更有保障。

相信很多朋友都曾经暗恋过现在各种前卫的纯电动车,但最后都被一次次触目惊心的火灾事故吓跑了。这确实是传统锂电池的短板。由于颠簸、隔膜质量差、过充电和其他原因,它可能导致正负电极之间的直接接触。短路后,能量瞬间释放,会着火。据统计,2019新能源汽车自燃事故中,约86%使用了三元锂电池。

固态电池中使用的固体电解质不可燃、不腐蚀、不挥发,也没有泄漏。传统锂电池面临的各种安全问题,固态锂电池是不存在的。据说即使在高温下也不会着火,固态电池即使千疮百孔也依然可以工作。因此,固态锂电池的安全性更高。

第三,充电速度更快。

对于目前电动车使用的电池,大部分都是三元锂电池,比如现在电动车的老大特斯拉。不过,虽然特斯拉在电动车市场很牛,但充电时间无法和固态电池相比,这也是特斯拉一直以来的困扰。要知道,固态电池的充电时间只有十几分钟,相比市场上80%的比例,固态电池技术被广泛认为是未来电池技术的主要发展方向,也是纯电动汽车的主要转折点。

第四,循环寿命会更长。

电池容易老化,不耐用,这也是制约我们购买电动车的一个原因。该固体电解质可以避免充放电过程中液体电解质中锂枝晶的不断形成和生长,可以大大提高金属锂电池的循环性能和使用寿命。丰田表示,未来电池在使用30多年后,仍能保持90%以上的初始性能。这不是吹牛,是可以通过技术实现的。

边肖语

固态锂电池确实有很多优点,但是最大的缺点就是成本高。由于固态电池的生产上下游产业链都没有建立起来,据说利用现有技术制造能给智能手机供电的固态电池的成本将高达6万元,更不用说给汽车供电的固态电池的成本了。

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