一块被切掉角的电池,不仅不起火、不冒烟,竟然还能继续供电,这就是即将要量产的固态电池。当奇瑞宣布2026年要实现装车,比亚迪预告2027年批量上市时,整个电车圈直接炸了锅,难不成燃油车还没退场,现有电车就要先被淘汰了?
现在开始我们今天的主题:固态电池的革命。
要搞懂固态电池的到来,为何会如此具有颠覆性的效果,就先得明白现有锂电池的致命软肋,自燃!作为电车锂电池的“原罪”,液态锂电池里流淌着一种危险液体,电解液。
这种碳酸酯类有机溶剂,承担着锂离子搬运工的角色,但背后却藏着三大隐患。最直接的就是易燃易爆,闪点只有35摄氏度,相当于一瓶高度白酒,电芯内任何微短路就能引燃整个车。可好死不死它又是一种极容易引起短路的电池模式,这种液态电池内部是用一个隔膜把正负极隔开,电解液中的锂离子可以在充放电过程中,通过隔膜在正负极间自由来回。
但随着迁移的电子却无法通过,就必须走外接的线路,也就形成了电流来实现供电。不过这个看似完美的过程,却因为锂离子在充电时,极容易附着在负极的石墨层上而节外生枝。这种附着不断沉积就会形成锂枝晶,像一个树枝一样越长越长,最终刺穿仅20微米,相当于A4纸五分之一厚的隔膜,导致正负极直接短路相亲,大量放电。
这样极度易燃易挥发的电解液,就特别容易发生事故。在2023年的新能源汽车火灾事故中,电池问题占比就高达61%,绝大多数也都是热失控。而且一旦某个电芯出现过热,电解液就会汽化膨胀冲破外壳,甚至遇到空气立即爆燃,200多摄氏度的高温下,几分钟内就能瞬间吞噬整辆车。这就是让电车车主闻风丧胆的热失控链式反应。
不过即便是绝大部分没有引发自燃问题的电车,也在面临效能困境。目前主要采用液体锂电池的电车,最理想的状态下倒是能够续航大几百公里。
可一旦遭遇低温不仅充电慢、掉电快,甚至可能随时面临瘫痪。因为零下10摄氏度时电解液的粘度会暴增300倍,锂离子就如同陷进糖浆,放电效能锐减,续航直接腰斩。但是如今固态电池的出现,就实现了破局。
固态电池用固态电解质取代了危险的液体。而这块看似普通的陶瓷聚合物薄片,实则是能源存储的金钟罩。不仅本身材质安全性能开挂,耐高温超过1000摄氏度,就算火烧半小时也能正常工作。
而且物理强度更是液态电池隔膜的50倍,锂枝晶根本刺不穿。即便是暴力破坏,正负极之间也没有液体连通,短路电流更不足以引燃爆炸。更惊人的是它的结构韧性,在宁德时代公布的实验中,被剪掉四分之一的固态电池包,剩余部分依然能保持87%的电量输出。然而液态电池只要一处破损,电解液泄漏就会导致整包报废。
当然除了安全性增加,能量密度暴增,才是固态电池敢说续航超1000公里,甚至达到1500公里的底气。
如果说安全只是维持底线,那么能量密度就是固态电池将要称雄电车市场的“王牌”。目前液态锂电池的能效极限是300瓦时每千克,相当于每公斤能存0.3度电。
而这已经是当前电车的天花板了,但是固态电池的实验室数据,达到了500瓦时每千克,相当于提升了67%,甚至在丰田汽车的实测样品中达到了更强的700瓦时每千克,直接是特斯拉电池的2到3倍。
而它的秘密就在于瘦身,移除了电解液和隔膜后,电池厚度能够减少40%,同等空间自然就能塞进更多电芯。更关键的是能用金属锂做负极,锂金属的理论容量为3860毫安时每克,是石墨负极的整整10倍。
并且在液态电池中会疯狂长锂枝晶,在固态环境却能让锂离子乖乖沉积。如果按照比亚迪的测算,装载100千瓦时固态电池的轿车,续航能轻松突破1500公里,相当于一趟北京到上海的距离。