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Tag: 锂离子电池

  • 全球多个国家押注镁电池技术研发

    全球多个国家押注镁电池技术研发

    如今各种锂电池已经成为日常生活里必不可少的设备,无论是手机、电脑、可穿戴设备还是新能源汽车,它的应用变得越来越广泛。但随之而来的是外界对锂电池资源的担忧,尤其是今年以来锂电池相关原材料价格出现飞涨,逼迫各国纷纷加快布局“后锂电池”时代。 锂电池资料图。图源:视觉中国 多国押注镁电池 《日本经济新闻》网站20日以《锂电池何时被超越?》为题报道称,英国剑桥大学、丹麦及以色列的知名工科大学以及德国、西班牙的研究机构组成的联合研究团队“E-Magic”在欧盟的资金支持下,正以2030年为目标,加快开发突破性的高容量、环保性更好的镁电池和锌电池。 报道称,锂电池最早在20世纪90年代开始由日本索尼公司实现商用化,它比之前的镍氢电池、铅酸电池能存储更多电能,如今已经在新能源汽车、个人电脑、智能手机等产品上得到普及,相关研究还在2019年获得诺贝尔化学奖。但锂电池的最大缺点就是成本高。报道举例称,如果将锂电池作为大规模储存太阳能或风能等可再生能源的储能电池,日本经济产业省的资料显示,想将其成本降到跟水力发电相当的每千瓦时2.3万日元的水平“是白日做梦”。 因此“后锂电池”时代的主要目标是压缩成本和提高耐用性。“E-Magic”瞄准了成本更低的镁电池。镁离子可以携带2个正电荷,而锂离子只能携带1个,因此理论上镁电池的能量密度可以比锂电池更大。目前实验室的镁电池已经能反复充放电超过500次。研究人员将致力于改进电解液及开发新的电极材料。同时丰田的北美研究所和美国休斯敦大学也在开发新型镁电池,它的电极正极材料采用有机化合物,电解质采用硼。虽然这种镁电池目前只能充放电200次,但研究团队称“已经找到了开发出高稳定性、高性能电池的方向”。 除了镁电池外,报道提到日本东北大学的小林弘明助教和本间格教授也在开发新型锌电池,他们用水溶液取代有机溶剂作为电解液,降低了火灾事故的风险,由于其成本低,未来有望用于储蓄可再生能源电力。 替代技术尚不成熟 真锂研究首席分析师墨柯21日接受《环球时报》记者采访时表示,就当前正在发展的锂电池替代技术而言,除了日本媒体提到的镁电池、锌电池,还有相对更成熟的钠电池。事实上,钠离子电池和锂离子电池均起源于上世纪70年代,它们的工作原理也高度相似。只是受制于没有合适的电极材料,钠电池一直到2000年之后才取得突破。当前技术最先进的钠电池是中国宁德时代今年7月发布的,具备全球最高的能量密度(160Wh/kg)和超快充特性(15分钟可充电80%)。预计宁德时代下一代钠电池能量密度可突破200Wh/kg;计划于2023年形成基本产业链。 墨柯认为,从目前的发展情况来看,无论是镁电池、锌电池还是钠电池,其成熟度距离大规模商业化应用还有相当差距,甚至只是处于实验室阶段,性能也有不少缺陷。他表示,外界对于这些锂电池替代技术如此热心,核心原因不在于它们的性能更好,而是资源更丰富、原材料价格更便宜。 正如《日本经济新闻》提到的,锂电池原材料——锂、镍、钴的产地分布极度不均。相关资料显示,近80%锂资源产量主要集中在美洲四湖以及澳洲六矿,中国需要的锂资源80%以上都要靠进口;镍资源多数集中在印尼、澳大利亚、巴西、俄罗斯、古巴和菲律宾等地区,这六国的镍储量占比全球储量近78%;全球已探明钴资源由约51%分布在刚果(金)。相比之下,钠、镁、锌的储量要高得多。例如锂在地壳中的储量为0.0065%,全球储量仅有8600万吨,而钠在地壳中的储量为2.74%,仅中国柴达木盆地的钠盐储量就达到3216亿吨。 但另一方面,镁电池和锌电池在技术和材料上仍有相当多障碍有待克服,目前还没有找到比较合适的电极材料,更谈不上大规模应用。墨柯预测,考虑到一项新技术从实验室研制到量产再到大规模应用的过程,这些替代技术可能需要等待二三十年才能发展成熟。他还表示,即便是相对成熟的钠电池,由于钠离子半径和体积相对较大,因此在能量密度提升上受到限制,可能更适合储能电池、二轮电动车等对能量密度要求不高的领域。宁德时代透露,已经开发出了钠电池和锂电池共用的体系,彼此可以“取长补短”。 锂电池还可以再“挖潜” 如果锂电池在短时间内还难以被取代,那么它的未来又如何呢?墨柯认为,今年以来锂电池相关原材料价格的飞涨存在人为炒作的成分,单就锂资源的储备量而言,虽然远不如钠镁锌,但在未来三五十年内是绝对够用的。 同时锂电池的潜力还远没有被挖掘干净。墨柯表示,锂电池理论能量密度最高可达到700Wh/kg,目前高镍811电池(即电池正极材料中镍占比80%、钴占比10%、锰占比10%)的能量密度能达到260-270Wh/kg,而日韩头部电池企业在2021年都推出镍含量在90%以上超高镍电池产品,再加上负极采用硅碳材料,有望将能量密度提高到400Wh/kg,相当于锂电池的储电能力提升了50%。此外,多国还在研究将锂电池的液态电解液替换为固体电解质,可以同时提高其能量密度和安全性。 撰文:环球时报 @马俊 @晨阳 read more

  • 美国电池公司“Solid Power”的全固态电池明年量产

    美国电池公司“Solid Power”的全固态电池明年量产

    据英文媒体报道,固态电池研发公司Solid Power公布了自己研发的全固态电池技术在安全和性能两方面的数据,显示出电池优秀的比能量和高安全性。 其2Ah高容量硅电池在三种条件下的测试情况: 针刺:在室温下满电的电池被导电针刺穿,损坏的电池并没有出现任何危险状况,如自燃、泄气。在测试过程中,电池温度仅略有升高,最高为27℃。 电池过充:充满电的电池在室温下以一小时(1C)的充电速率连续充电至高于典型电压上限,电池在压缩和未压缩的情况下进行测试。充电达200%时,Solid Power的电池不会发生起火、泄气或材料损失等危险。电池受压时的最高温度为35℃,未受压时的最高温度为69℃。 外部短路:充满电的电池进行短路测试,在测试过程中没有产生起火、泄气或材料损失等危险。 Solid Power表示,其高含量硅电池能够达到350Wh/kg的堆栈级比能量,同时可实现750次循环,容量保持率为80%。在45℃和室温下均实现了1,000多次循环,容量保持率超过80%。Solid Power已记录了650次循环,在接近室温的条件下,每五个循环进行一次2C速率快速充电。 Solid Power的全固态电池采用了硫化物固体电解质,替代了一般锂离子电池中使用的电解液和凝胶电解质。具备不可燃的特性,降低电动汽车自燃的风险。相较于锂离子电池能量密度提升50%,使用的金属锂阳极是石墨阳极的10倍。 早前,宝马和福特领投Solid Power的B轮融资,并计划在2022年初采购部分电池进行测试。据Solid Power介绍,目前正在扩建在科罗拉多州的工厂,准备在2022年初开始试生产固态电池产品。 Solid Power公司拥有一支世界级的电池研究员和工程师团队,公司其核心技术在于高容量的复合材料阴极:复合阴极将阴极材料颗粒(正交晶型的二硫化亚铁FeS2),固态电解质与少量可能增加导电性的添加剂结合。形成的复合阴极具有比目前最先进的以LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2为阴极,是采用石墨为阳极的电池容量的三倍。 近年来,Solid Power公司还获得了美国空军,美国国家科学基金会和美国导弹防御局的投资和资本支持。主要为政府与商业市场开发超高能、安全及使用寿命较长的固态电池,以应用于航天、电动车、以及医疗设备。 编译:头条号 @新威研选 read more

  • 新型“锂碳电池”可让电动轻便摩托在90秒内充满电

    新型“锂碳电池”可让电动轻便摩托在90秒内充满电

    据外媒报道,德国配件公司马勒(Mahle)跟电池制造商Allotrope Energy合作提出了一种新的电动汽车快速充电解决方案。这两家公司联合打造的新型锂碳电池借鉴了超级电容器的元素,其充电时间跟内燃机汽车的充电过程相当,同时还提供了一些其他的环境效益。 马勒动力总成公司的研究主管Mike Bassett博士说道:“里程焦虑经常被认为是电动汽车普及的主要障碍,但如果电池可以在为传统内燃机汽车充电的同时充电,那么大部分担忧就会消失。” 马勒曾于今年早些时候发布了一款不使用磁体的廉价电动汽车发动机,它通过跟Allotrope Energy的合作将这种想法转化为电动摩托车并指向城市中越来越多地使用汽油驱动的车型以应对按需经济。当时的想法是开发一种便宜、容量小的锂碳电池,这样就能使得电动汽车在最短的充电时间内保持行驶。 他们的解决方案是由传统锂离子电池中常见的高速率负极组成,这种负极跟超级电容器中常见的负极结合,由有机电解质隔开。据称,这将带来超级电容提供的巨大功率密度和充电能力,另加上锂电池的优越能量密度,由此产生的锂碳电池可提供高达20kW的快速充电速率。 根据对半径为25公里的模拟快餐服务进行的分析,使用传统的500Wh电池需要电动摩托车在换班期间靠边停车并花上30分钟充电。为了进行比较,该团队表示,由于其超快的充电速度,新型电池组可以在90秒内为这些汽车充电。 此外,该团队的锂-碳电池不使用稀土金属,完全可回收,而且据称不容易受到热失控事件的影响,而热失控事件会导致电池过热和损坏。 Bassett说道:“随着按需经济的兴起,用于外卖等城市配送的汽油动力轻便摩托车的使用量迅速增加,这导致了我们城市的空气质量问题。到目前为止,如果不维持昂贵的可更换电池库存或更换更大、更重的电动汽车而增加能源消耗,实现这些交付产品的脱碳是很困难的。” Bassett于本周在英国举行的Cenex低碳汽车展上展示了这一突破技术。 编译:cnBeta.com read more

  • 宁德时代发布钠离子电池

    北京时间2021年7月29日下午,宁德时代举行发布会,正式发布第一代钠离子电池,其电芯单体能量密度达到160Wh/kg,在常温下充电15分钟,电量就可以达到80%,具有快充能力。 宁德时代董事长曾毓群称,钠离子电池在低温性能、快充以及环境的适应性等方面拥有独特的优势,与锂离子电池相互兼容互补。 出处:头条号 @界面新闻 read more

  • 特斯拉的新专利曝光,从“食盐”中提取锂!

    特斯拉的新专利曝光,从“食盐”中提取锂!

    据外媒报道,特斯拉申请一项新专利,涉及使用食用盐从矿石中提取锂的工艺。该锂提取工艺可将相关成本降低30%。 (图片来源:electrek) 在名为“从粘土矿物中选择性提取锂”的专利申请中,特斯拉描述了当前提取方法存在的主要问题: 锂是锂离子电池和电动汽车产业的战略性金属。为了降低电池和电动汽车的成本,找到一种能够经济有效地从各种锂源提取锂的方法,具有重要意义。通常开采的主要锂源是锂卤水,因为从中提取锂的成本较低。然而,随着对锂离子电池的需求不断增加,有必要寻找其他锂源。 另一种提取锂的方法是,从粘土矿物中提取锂。在这一过程中,通过酸浸获得锂。将粘土矿物与普通无机酸的水溶液混合,如H2SO4或HCl,然后在常压下加热以浸出粘土矿物中所含的锂。采用这种酸浸法,不仅可以浸出锂,而且能浸出高浓度杂质,包括钠、钾、铁、铝、钙和镁。然后,去除杂质元素,尤其是铝,这会造成大量锂损耗,可能显着降低整体锂提取率。此外,采用这种高酸耗和复杂的浸出液纯化方法,也使整个提取过程的成本效益较低,而且不环保。 特斯拉在专利申请中总结了自己的新方法: 在所描述的从粘土矿物及其组合物中提取锂的方法中,提取过程包括提供含锂的粘土矿物,将阳离子源与粘土矿物混合,对粘土矿物进行高能研磨,并进行液体浸出,以获得富含锂的浸出溶液。 这比仅添加食盐要稍复杂一些。但据特斯拉在专利申请中介绍,主要的阳离子源确实是NaCl。 特斯拉描述,在该工艺的研磨过程中添加NaCl的效果: 测量在研磨过程中添加NaCl的效果。NaCl粉末和细粘土矿物颗粒的重量比例为3:97,即NaCl与总混合物(即NaCl + 粘土)= 3%;并且相应的Na:Li摩尔比约 2.7:1。将这些NaCl粉末和细粘土矿物颗粒称重,并放入PM100行星式球磨机,以500 rpm的转速连续研磨长达3小时。然后,收集磨过的NaCl/粘土混合物,并将其转移到玻璃反应器中进行水浸出。将31克NaCl/粘土混合物装入反应器中并加水,以产生150克的浆液,其中盐/粘土混合物与水的重量比为1:4(即水中含20 wt.%的盐/粘土混合物)。浆液形成后,在90℃ 和1000 RPM下进行20分钟水浸出。在浸出过程中,使用冷凝器,将水损失降至最低。使用5um过滤纸进行后续过滤,然后收集浸出溶液,用于进行化学成分分析。 添加NaCl的化学分析结果如下: 特斯拉计划,将这项新工艺用于其在内华达州的锂矿,该矿占地超过1万英亩。 出处:见配图水印 read more

  • 能克服纯电动车“传统缺陷”的钠电池问世

    能克服纯电动车“传统缺陷”的钠电池问世

    电动车发展势头正佳,而关于三元锂和磷酸铁锂的路线之争也从未消停,刀片电池、弹匣电池等名头,无不向世人传递出一个信号:我才是动力电池的未来。但结果真的会如此吗?答案是未必。 最近,宁德时代董事长曾毓群对外透露,将于今年7月前后发布钠电池。 按照专家的说法,钠电池是一种“不依赖资源”的新型电池,不会像锂电池那样受上游原材料的供应以及价格变化影响,未来不存在发展瓶颈。 于是,吃瓜群众们不仅好奇:钠电池究竟是个啥?跟锂电池相比,钠电池的优点和不足又是什么?到底谁才是动力电池的未来? 钠电池是什么? 跟锂电池的命名方式一样,钠电池的全称叫做“钠离子电池”,其工作原理,就是通过钠离子在电极之间的移动来实现充放电过程。 两者工作原理略有不同的是,锂电池是通过锂离子在正负极之间移动、转换实现充放电,而钠电池是由钠离子在正负极之间的嵌入、脱出实现电荷转移。 ▲钠离子电池基本工作原理 简单来说,这不就是将锂离子换成了钠离子么?是的。而且,跟锂电池类似的是,钠电池在正负极材料的选用上也比较多元化,不同的电极材料能在电池能量密度方面带来不同的表现。 关于钠电池最早的研究,始于上世纪70年代的第一次石油危机期间,只是没有像锂电池那样进展迅速,此后相关研究越来越少,直到2010年之后,钠离子电池才与太阳能等可再生能源一起同步发展,以丰富储能体系。在这方面,欧美起步稍早,大概在2011年和2012年分别有公司涉足相关领域,美国能源部对此也有一定支持。 2012年,日本丰田曾发布一种钠离子电池正极材料,在当时就已经能将电动车续航里程提升到500-1000公里。 ▲各类高倍率性能钠离子电池正极材料的设计策略 在我国,包括中科院在内很多科研机构也在开展钠电池的研究,科技部2016年为此专门立项,今年4月,国家发改委和国家能源局发文,提出要支持储能多元化发展,以及加快钠离子电池开展规模化。 从产业化推进速度和专利布局来看,目前我国在钠电池领域处于领先地位。 钠电池各项性能如何? 既然大家都重视,那钠电池理应比锂电池更有优势才对。 可是,至少在目前看起来,跟如今应用最广泛的两种动力电池(磷酸铁锂、三元锂)相比,钠电池的主要性能指标其实并不具备明显优势,甚至在消费者十分看重的能量密度方面还处于劣势。 具体来看,如今三元锂量产装车已经做到180-200Wh/kg的水平,中短期目标是做到300Wh/kg;磷酸铁锂目前量产装车最高的为140Wh/kg,中短期目标是实现180-200Wh/kg;而国内钠离子电池目前能量密度最高为145Wh/kg,中短期目标是160-200Wh/kg,比三元锂差了不少,跟磷酸铁锂在相近水平(中科院物理所研发的钠电池,理论能量密度已经达到180 Wh/kg)。 虽然能量密度指标并不占优,但钠电池在充电速度方面却有不小的优势。众所周知,即便采用大功率直流快充,三元锂电池一般是半个小时能从20%充到80%,磷酸铁锂充电费时更久,而钠电池只要10分钟就能干到90%,也就相当于我们给车加个油的时间。 另外,在充放电循环寿命方面,钠电池可以做到4500次,三元锂只有两三千次,这方面磷酸铁锂优势明显,已经做到6000次,据称锂电池循环寿命最高可以超过上万次。 低温性能方面,钠电池在零下40摄氏度都可以正常工作,跟三元锂差不多,比磷酸铁锂更能适应冬季以及高寒地区。 而在电动车用户普遍关注的安全性方面,钠电池也比三元锂更令人放心。这一方面是因为其电解液稳定性高,另一方面就是因为能量密度低,使得钠电池在高温性能方面比三元锂电池更好。 最后,钠电池还有一个所有锂电池都不具备的优势,就是它不像锂电池一样担心会过放电,所以钠电池允许彻底放电到0伏——这对于一般电动车用户好像没什么实质性意义,但对于储能场景应用就更值得推广了。 为什么要发展钠电池? 综上,就实际应用而言,由于能量密度偏低,钠电池目前还难言优势,但鉴于其能量密度基本跟磷酸铁锂看齐,以及在其他性能方面还有自己的特色,其量产价值其实已经不小。 但这就是世界上主要国家发展钠电池的根本原因吗?其实不然。钠电池之所以能得到重视,最重要的原因,正是我们在本文开头提出的——不依赖资源,这需要从两个方面来理解。 首先,论在地球上的储量,钠远比锂要丰富得多。 资料显示,锂在地壳中的含量仅为0.0065%,即便是把地球上所有的锂元素都用来生产电动车,大概只够生产15亿辆特斯拉。而且,大部分已探明锂资源都在南美洲(主要是玻利维亚、智利、阿根廷等),集中于当地的盐湖中,但该区域政局不稳,所以引起碳酸锂价格经常大幅波动。此外,国内锂提取技术目前也没有规模化,我们80%的锂从澳大利亚进口,但当前的中澳关系并不利于维持这种贸易需求。 反观钠,分布就明显广泛的多,钠资源约占地壳元素储量的2.64%——也就是说,钠的储量是锂的406倍。其中,光是我国已探明的钠盐储量,早在六七年前就已经超过1.4万亿吨,而且,如今全球的金属钠产能,也正在向中国转移。 ▲盐湖中丰富的钠盐 其次,钠电池成本更低。 宁德时代之所以要发布钠电池,核心原因是锂电池的原材料涨价太凶猛(从去年下半年至今已经涨了多次),而钠电池则丝毫不存在这方面的压力,原因有三: 一、钠盐因为储量巨大,原材料价格低廉,采用铁锰镍基正极材料相比较锂离子电池三元正极材料,原料成本能降低一半; 二,钠盐的特性允许使用低浓度电解液(同样浓度的电解液,钠盐电导率高于锂电解液20%左右),这样就能进一步降低成本; 三,钠离子不会跟铝形成合金,负极可采用铝箔作为集流体,此举可以进一步降低成本8%左右,降低重量10%左右。 几大主料都能大幅节省生产成本,也就不难理解为啥电池企业愿意开辟这条新的道路了。有数据显示,目前国内钠电池的材料成本加上制造成本,大概在0.36元/Wh左右,这已经比锂电池低了,只不过,钠电池目前还处于推广初期,其整体商业成本短期内会比锂电池高,这一点宁德时代也有简单提及。 最后说说 不仅仅是宁德时代,包括深圳华创电新、辽宁星空钠电等多家企业都对钠电池提前进行了布局。可见,虽然钠电池的能量密度是个较为明显的短板,但业内对其赶超磷酸铁锂依然充满信心,有企业称“钠电池能量密度超越150Wh/kg的进度将比磷酸铁锂快”,更重要的是,钠电池虽然还处于第一代产品阶段,但已经能看到第三代产品的雏形了。 更重要的是,钠电池在充电速度、循环寿命、低温性能、安全性能方面都有可圈可点之处,所以其市场前景值得期待。 而钠电池的出现,首先就将挑战磷酸铁锂的江湖地位,因为它们都是走的性价比路线。当然,磷酸铁锂和钠电池究竟谁能更胜一筹,从科学的角度来说还无法给出预判,毕竟,这两种电池,在不同电极材料和辅料的作用下,其能量密度天花板各不相同。 由此可见,未来,不仅仅是储能行业会有钠电池的一席之地,电动车势必也会形成锂电池和钠电池并行的局面,而且那一天已经可以预见了。 撰文:刘极昊 出处:头条号 @线外邦 read more

  • 10分钟满电、可循环万次… 哈佛大学研制出了锂金属固态锂电池

    10分钟满电、可循环万次… 哈佛大学研制出了锂金属固态锂电池

    哈佛大学日前公布最新科研成果,一款很有希望量产固态电池远星研制成功。 这款锂金属固态电池很稳定,在高能量密度设定下,仍可实现充放电循环超10000次。用在电动汽车上,预期寿命可达到10~15年都不用更换。 快充方面,由于高电流设定,10~20分钟即可满血。 此前,锂金属固态电池研制的困难在于它不太理想的化学挥发性。当锂电池充电时,锂离子从阴极移动到阳极。有了锂金属阳极,移动的锂就会在阳极表面和更远的地方形成针状的树形结晶结构。然后,这些树突会转成电解质,将阳极和阴极分离开来,从而导致电池故障,甚至起火。 不过,哈佛的方案采用了类似三明治的结构解决了上述问题。 研究人员称,在设计之处,他们就考虑到量产商用的可操作性,好在锂金属固态电池具备灵活可伸缩的生产过程,可与当前的锂离子电池产线相兼容。 出处:头条号 @朱哥趣漫 read more

  • 半固态金属电极即将问世,可使能量密度翻倍且更稳定!

    半固态金属电极即将问世,可使能量密度翻倍且更稳定!

    为智能手机、笔记本电脑和电动汽车提供下一代能源存储的众多潜在途径之一是使用固态电解质,以取代目前锂电池中使用的液态电解质。美国的一个研究团队已经开发出了这种固态电池的原型,克服了这一领域的一些关键障碍,通过使用一种新颖的自愈合材料展示了稳定的高容量存储。 在今天的锂离子电池中,当电池充放电时,液态电解质携带锂离子在一对电极之间来回移动。如果电解质可以用固体材料代替,它可以使电池更安全,同时提高能量密度。实验证明,这种电池的储能能力是目前锂离子电池的两倍。 问题是,当电池循环时,一种叫做枝晶的触须状结构会在其中一个电极表面生长。随着枝晶的生长,电池的寿命和效能都会受到极大的影响,甚至有发生短路失效和起火的风险。因此,想出一种能够绕过这个问题的固态设计将是一个巨大的突破。 此次,来自麻省理工学院(MIT)、得克萨斯州农工大学、布朗大学、以及卡内基梅隆大学的研究团队,已经提出来一种相当有希望的新解决方案。研究人员开发了一种由钠-钾合金制成的半固态金属电极,并将其比作牙医的补漏材料。在具有牢固特性的同时,这种新型材料还能够流动和成型。 据了解,这种材料有适量的韧性,所以当它接触到固体电解质时,它就不会形成通常在完全固态但更脆的电极材料中会出现的微小裂纹,这种裂纹通常会导致枝晶的形成。 研究人员表示,“我们的初衷就是开发基于精心挑选的合金电极,以便引入一种可以作为金属电极自愈成分的液相材料。” 在电池循环过程中,操作温度使材料保持在适当的半固态状态,以适应高电流(大约是使用固态锂的20倍),而不会形成枝晶。这还同时解决了迄今为止固态电池的另一个缺点——超高的电流密度。 在当前的研究者,科学家们提供了两种避免枝晶形成的设计思路,其一是将固态电解质与电极直接接触、而另一种则是将液态金属合金夹在两者中间。 在这些实验性设计的早期结果的鼓舞下,研究人员现在正在研究将该技术应用于不同固态电池结构的方法,并对其可能性持乐观态度。 研究合著者、卡内基梅隆大学机械工程学教授 Venkatasubramanian Viswanathan 表示,“我们认为可将这套方案转化并用于任何固态锂离子电池,并且涵盖从手持设备、EV动力电池、以及电动航空等广泛的领域。” 撰文:财联社 @黄君芝 read more

  • 关于Quantum Scape的固态电池

    关于Quantum Scape的固态电池

    固态电池,自从蔚来新车公布使用这一方案上热搜之后,这两日,该技术路线又一次被投资关注,原因便是投资巨鳄索罗斯在四季度大手笔买入固态电池企业Quantum Scape,大手笔买入331.5万股,期末价值约为2.8亿美元,位居索罗斯第四大重仓股。 值得一提的是,固态电池企业Quantum Scape这家公司还被微软、丰田投资,也就是说;无论是索罗斯还是比尔盖茨等等,这些具备顶级战略投资眼光的人物,都瞄准了一个方向:固态电池。 1、Quantum Scape是何方神圣? Quantum Scape成立于2010年,研究人员大部分来自斯坦佛大学。一直专注于开发固态电池并设计可扩展的制造工艺,以将其电池技术商业化用于汽车行业。目前在研发上拥有超过十年的研发固态电池的经验有超两百位雇员,超过两百个专利(已经授权和在申请的)以及众多企业内未达成专利的有用技术。 其最新的技术能将电动汽车的续航里程提高80%,并能在15分钟内充满80%的电量。在800次充电后仍能保持80%以上的容量、未显衰退。 在安全性方面,是不可燃烧的,电池体积能量密度超过每升1000瓦时,差不多是顶级商用锂离子电池组密度的两倍,是目前特斯拉Model3所用电池的四倍。 按重量计算,它能提供380至500瓦时/公斤的能量,相比之下,目前的特斯拉电池大约能提供260瓦时/公斤的能量。 关键技术是使用陶瓷分离器取代传统电池中使用的液体电解质。而作为正负离子流动的介质,这种陶瓷是柔性的,而非刚性的。最重要的是,在零下30摄氏度的极低气温下,能量也可以继续在整个电池中移动,电池性能并不会受到影响。 该公司联合创始人、2019年诺贝尔化学奖得主Stan Whittingham博士指出,“制造固态电池最困难的部分是需要同时满足高能量密度(1000 Wh/L)、快速充电(即高电流密度)、长循环寿命(超过800次循环)和宽温度范围的要求。 不过,该公司还没有产生利润,反而在二级市场上受到热捧。最新披露的财报显示,QuantumScape2020年Q4净亏损6.95亿美元,去年同期亏损1428.8万美元。2020年全年每股亏损4.36美元,2019年全年每股亏损0.21美元。 其股价对应的市值一度在500亿美金左右,随后下跌近60%。目前市值在200多亿美金,对应人民币也是超千亿,所以不仅仅在国内,国外对于新能源这块的炒作也是非常火热。   2、固态电池的技术方向正确吗? 回答这个问题,可以来看目前电池格局。 如今的电池的技术路线,依旧是以液态电池为主,成本以及所占空间以整车而言,承受较大的比重,比如,整块的锂电池占整车的成本接近在40%。 另一方面,液态电池的弊端,寿命短的背后是热稳定性差、易燃易漏、易在锂金属表面产生分解造成存在一定的安全风险。同时,在极冰的条件下,锂电池会出现不能充电的情况。 所以,研究下一代电池技术方向以及安全性、降成本性的考虑的背景下,很多新能源企业都是在研究电池的技术方向。而固态电池被认可是能够一次性解决掉上述液态电池出现的问题。 首先,固态电池采用的是锂作为电池负极,可显著提升电池能量密度,具备不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发等安全性再加上成本下降空间大。 根据资料显示,固态电池和传统锂电池,最显著的区别在于电池内部的电解质的物理形态。目前在新能源汽车上最广泛使用的三元锂电池,一般由正极、隔膜、负极,再灌入电解液制造而成。 固态锂电池,顾名思义就是由固态电解质代替隔膜和电解液。固态电解质是固态电池的关键,能够带来几个方面的优势,如电池寿命更长、同电容量下体积更小、固态电池安全性更高等。 在1月9日,蔚来在Nio Day 2020上亮相首款量产轿车ET7,同时推出150kWh半固态电池包,计划在2022Q4开始交付。 该车型最值得注意的就是电池包使用了三大技术:(1)纳米级包覆超高镍正极;(2)无机预锂化硅碳负极;(3)原位固化固液电解质。 不过,电池采用的是半固态电池技术,内部仍然需要使用到电解液与隔膜。这个就是固定电池的问题:距离真正量产还有多久?而不是现在停留在所谓的PPT。 在过去的十年当中,成本问题是过去10年中,电池技术路径的渗透率此消彼长的其中一个关键因素,尤其是在动力电池成本占整车成本30%~40%的情况下,中长期来看,固态电池更像是技术趋势。 而蔚来汽车采用的半固态电池,其实是新能源车企开始迈向固态电池的选择。以各个厂家的进度来看,依旧是道阻且长。 不过,这并不妨碍众多国际资本投资相关的企业,这也是为啥索罗斯的基金出现在固态电池企业Quantum Scape的原因,毕竟,这条赛道太大又有足够可预见性收益。 出处:头条号 @格隆汇 read more

  • 动力电池在巨变了,固态电池才是锂电发展方向吗?

    动力电池在巨变了,固态电池才是锂电发展方向吗?

    这段时间“固态电池”又成了一个热门话题,似乎锂电池能量密度低的问题马上就要解决了,纯电动汽车里程焦虑也将成为过去。那么固态电池究竟是个什么东西,会带来锂电池的革命么?   在说固态电池之前先来回顾一下普通电池的结构,它有点像我们日常吃的花卷,先把面擀平了,然后在上面撒上葱花,最后把它卷起来。锂离子电池呢,最下面是一层铜箔,之上是一层石墨,再往上是绝缘层,最上面的是锂离子材料。 其中,铜箔和石墨是负极,锂离子材料是正极。然后把这些东西像做花卷一样卷起来就是电池了,当然其中还有很多细节,比如添加电解质、导电剂、粘合剂等等,这里就不细说了。   充电池时,锂离子从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。可以把锂离子理解成勤劳的工人,负极是他们的住所,正极是工作的工厂。充电时工人们从工厂回到家里休息;放电时则从家里前往工厂工作。 在锂电池中,参与放电只是锂离子而已,它的质量大概是整个电池的2%,其他的部件都是维持电池结构和功能的,所以锂电池的能量密度低的可怜。其中电解液和隔膜占了总质量的20%左右,而固体电池就是将电解液换成了固体粉末,那么就省去了“隔膜”这个部件,另外固态粉末要比电解液体积要小。所以总体来看,电池能量不变重量减轻,能量密度是有所提升的。   优点不只是表面看上去的能量密度提升,前面有提到,锂电池的充放电类似于工人在工厂和家之间往返。但有个问题,为了维持正极的结构,在充电时锂离子不能全部移动到负极去,也就是有即使下班了,还要留一部分工人在工厂值班,不然就会出问题。所以现在锂电池的研究方向都集中在正极材料上,如何让更多的工人回家休息,或者增加工厂的面积,可以容纳更多的工人。 比如NCM811电池,这是之前特斯拉用的锂电池型号,“NCM”代表镍、钴、锰三种元素,811是它们之间的比值;再比如宁德时代的NCM532、NCM622这些电池,都是在正极上面做修改,就是为了提升电池的能量密度。 固态电池由于节省了一部分材料以及改变了电解液,所以会省下来一部分空间,如此给正极的设计空间就更大,可以扩建那个工厂了。另外固态电池甚至可以省略正极,在电压的加持下,负极渗透过来形成正极,这样给予正极的设计空间就更大了。   所以固态电池不仅看起来会提升能量密度,同时它的结构优势给予了电池设计更大的空间,当固体电池技术愈发成熟后,能量密度会随着设计的优化,有更大幅度的跃升。 除了提升能量密度外,固体电池安全性能也有所提升。目前锂电池中的电解液会与正极材料发生缓慢的化学反应,这个过程中释放很少一部分气体,所以锂电池都会设计一个泄气阀。但如果发生意外,像穿刺、变形等情形,气体就会大量产生随后撑破外壳发生爆炸。 固态电池就没这方面的问题,因为固体的电解质不会产生气体,自然爆炸的风险就降低了很多。另外在遇到穿刺、挤压等外力破坏时,固态电池也更加不容易发生短路。 能量密度更高、安全性更强,看起来固态电池无比美好,但离车载电池还是有一定距离。这里有一个问题就是“接触电阻”,接触电阻越大,电池快速充放电时产生的热量也越大,会影响电池的性能。如何减小接触电阻,这就需要电池的突出的极耳和里面的正负极接触面积越大越好。 原先这个极耳是浸润在电解液中的,现在换成了固态电解质,那么接触面积就会小很多,所以面对大功率充放电时,热量会很大。目前我看关于固态电池的一些论文中,很多新技术都是为了减小接触电阻,增加电子流动速度。不过很多都是实验室中的技术,未来何时能够普及就不知道了。   另外,关于固态电池一些新技术,虽然可以支持大功率充放电,但是对电池寿命有影响,充放电循环次数只有现在电池的一半。所以,固态电池真正投入商业还是有不小挑战。不过,固态电池一定是锂电池的一个发展方向,现在大众、福特、丰田、宁德时代、LG、三星等众多企业都在作相关的研究,相信在市场的驱使下技术很快会得到突破。 写在最后 至于说,今年年内上市的固态电池,我还是有疑问的,毕竟它们没有披露技术细节,不知道只是炒“固态电池”这一概念,还是有真的突破性技术。我认为比较靠谱的突破可能是3、5年后,目前锂电池行业主流的观点也是在2025年将能量密度提升到400Wh/kg,相较现在提升了33%。究竟发展速度有多快,我们还是拭目以待吧。 出处:头条号 @新车新技术 read more

  • “掺硅补锂”动力电池是啥技术?

    “掺硅补锂”动力电池是啥技术?

    1月13日,智己汽车举办了其首场发布会,除了自动驾驶亮点外,最大的亮点是1000km的续航里程,做到这一点,品牌方宣传的便是电池的掺硅补锂技术。 其实,这两个月“掺硅补锂”这个技术在频繁在车企、电池企业甚至央视新闻报道中出现,只是提法不同:去年12月8日,央视《经济半小时》中提到天目先导的纳米硅负极技术;2021年1月8日,国轩高科发布了一款210Wh/kg的磷酸铁锂电池,采用的也是掺硅补锂技术;1月9日,蔚来发布的ET7声称采用了预锂化、硅碳负极技术;以及智己汽车的掺硅补锂。   首先要明确的是,掺硅和补锂是两个技术,负极掺硅是为了提升能量密度,补锂则是为了提升循环寿命。他们都有助于提升动力电池性能,在较高能量密度的产品上,已经广泛应用。   1 硅负极:应用难度大   要提升电池能量密度,正极材料和负极材料的比容量都需要提升。   正极端一般采用高镍材料,大家熟悉的811就是一种;负极则是采用硅基负极。   之所以选择硅,是因为硅基负极材料的理论克容量是4200mAh/g,是石墨负极10倍有余。以现在技术水平,要将电池做到300Wh/kg,硅基负极是必不可少的。   (1)膨胀率高   硅基负极材料一般分为两大类,一种是硅碳负极,即纳米硅和石墨掺混使用,理论克容量超过3000mAh/g,但实际刚超2000mAh/g;另一种是硅氧负极,氧化亚硅掺混石墨作为负极,大致克容量为1400-1800mAh/g。   目前来看,两种负极应用侧重点有所不同。国轩高科工程研究总院负极材料技术负责人林少雄对《电动汽车观察家》介绍说,国内上硅碳负极一般用到3C产品比较多;动力电池方面,一般采用硅氧负极比较多。   所以无论是3C产品还是动力电池,要获得更高的能量密度,硅负极都是必不可少的。但是硅也存在很大的缺点,其中之一就是膨胀率高。硅负极充放电膨胀可达300%左右,而普通石墨仅为10%左右。   硅和石墨在充电嵌锂的时候膨胀状态不一致,电芯膨胀收缩的次数多了,结构就会坍塌,锂就没法进出了。也就是说采用硅后,虽然克容量提升了,但是循环寿命却缩短了。   为了通俗理解,可以将石墨和硅想象成两个颗粒,颗粒刚开始可能粘在一起,但是两者膨胀收缩比例差别较大,多次收缩膨胀后就会发生断裂,电池循环寿命就会降低。   因此,实际应用中的硅负极材料,硅含量都非常低。天目先导总经理罗飞表示,在动力电池领域,一般的情况下会将5%-10%的氧化亚硅和石墨进行复合使用。   可见,硅负极的应用难度非常高。   应用难度如此之高的硅基负极到底能为电池能量密度能带来多大提升呢?   罗飞告诉《电动汽车观察家》,采用纳米硅以后,电池能量密度可以提升5%-10%。“不要小看这5%,按照传统锂电池的发展规律来讲,每年锂离子电池能量密度的提升平均在2%左右,但是现在2%已经很难实现了,已经到瓶颈了。”   由此可见,这5%能量密度提升有多宝贵。   (2)产量低、成本高   硅基负极不仅应用难度大,目前能够量产的企业也不多。   根据高工锂电的调研,目前国内只有贝特瑞能够大批量供货,且已经进入了松下的供应链,间接供应特斯拉,目前硅基负极产能3000吨。   国际上,上世纪90 年代才开始研发硅材料以应用于锂电池负极,直至 2013、2014 年才分别实现硅碳负极、硅氧负极的产业化。整体来看,硅基负极的真正产业化历程相对较短。 硅基负极应用中,国际厂商相对领先,松下2017年已批量应用于动力电池,供应特斯拉。三星、LG 化学硅基负极,目前主要应用于消费电池领域。日本 GS 汤浅推出硅基负极材料的锂电池,应用在三菱汽车上。   整体来看,硅基负极制备工艺复杂,无标准化工艺,技术壁垒高,难度主要在于硅材料纳米化及与硅碳复合材料的制备工艺,属于各企业的核心技术。     产量少,也就意味着单价高。 […] read more

  • 工信部:低温续航问题一定要解决!

    工信部:低温续航问题一定要解决!

    如今,新能源汽车有着星火燎原之势遍布天南地北,在充电桩资源逐渐完善的当下,选择电动车的人越来越多。不过纯电汽车快速发展同时,在使用过程中的问题也不断显现,冬季低温续航”缩水”现象实在让人感到不快。 “冬天不敢开暖气”、”百公里续航仅需两个充电桩”等段子出现在了网络上,冬季里程缩水、为保持续航不敢开暖风等低温使用问题始终是电动车的”痛点”,这让车主在这个60年一遇的低温冬季更为难过。即便如此,新能源汽车销量还是蹭蹭蹭的往上涨。 新能源车发展势头强劲 据数据显示,去年12月新能源乘用车销量达到21.0万辆,同比增长53.6%,环比11月增长15.6%。2020全年新能源车批发销量117.0万辆,同比增长12.0%,因疫情原因,销量涨势明显均在下半年体现。 不过电动车销量两极分化严重,走高端路线的特斯拉和买菜车宏观MINI EV成为拉动市场增长的核心力量。前者产能扩展、价格下降之后,12月在华销量为2.55万辆,同比陡增284.9%;而宏光MINI EV12月销量高达35388辆,又一次登上了新能源销量冠军榜首。 传统车企比亚迪新能源汽车销量为28841辆,同比增120.177%,涨幅喜人。造车新势力蔚来在去年共计交付了43728辆车,同比增长112.6%。并且蔚来在今日发布了首款轿车—ET7,据说续航里程能突破1000公里,如果实测后不”缩水”,这将是电动车的又一里程碑。 通过以上数据不难发现,国人对于电动车的接受度已经脱离了保守状态,为了节约用车成本,也为了有更安全健康的出行方式,购买纯电车确实是一个不错的选择。 电动车冬季里程”缩水”是否被夸大? 冬季来临,不少电动车车主就在网上爆出自己的车充满电只能跑一半的路程,有时候不得不半路寻找充电桩,给爱车”喂饱”了之后才能出发。网上有位特斯拉车主在行驶途中发现电不够用了,好不容易找了超充,等了一个多小时不说,还花了180元,但原本400KM的续航,在寒冷的冬季却缩短了一半,180元跑200公里,让她开始怀念燃油车了。 说到这里不少网友就质疑了:这夸张了吧?不至于!其实这还真的有理有据,目前市面上电动汽车都是采用三元锂电池来作为动力,而锂离子电池在低温下的性能对环境温度是非常敏感的。据了解,其中的原理是负极通过化学反应析出锂离子,通过电解质运动到正极,在这个过程中会产生电流。而低温会降低电池内的化学反应速度,进而导致电池的实际工作电压降低,电池的可用容量减小。 其实这跟我们生活中遇到的很多事都有共通之处,你可以理解为,温度太高了反应太激烈容易失控,温度太低了反应太慢性能受限。据研究数据显示,气温从25℃下降到到-20℃,汽车动力电池所能释放的电量会降低30%,同时充电所需的时间也会增加。并且使用空调的情况下,电动车的续航也会减少17%。这就是为什么冬季电动车车主穿棉衣、戴手套,宁愿受冷也不愿开空调的原因了。 工信部组织研究解决措施 如今,电动车卖得如此火爆,往小了说是节约自己的用车成本,往大了说是为环境做出了贡献。前日,工信部召开了电动汽车低温使用问题研讨会,与整车和动力电池企业、高校、研究机构等近30名代表进行交流讨论,详细了解实际情况,组织研究解决措施。工业和信息化部党组成员、副部长辛国斌表示,措施主要分三步走。 一是高度重视。电动汽车低温使用问题关乎广大消费者的切身利益,汽车企业要加强售后服务,及时解决用户诉求,行业机构要加强科普宣传,引导消费者正确使用。 二是出实招解决问题。整车和电池企业要加强技术攻关,提升电动汽车低温行驶性能,改善用户体验,高校和研究机构要加强基础共性技术研究,为产业发展提供有力支撑。 三是进一步加强监管。工业和信息化部要组织相关单位制定技术规范,加快推广应用中国工况,明确低温环境产品性能和技术要求,加强产品准入和生产一致性检查。 写在最后: 虽然纯电车已经全面打开市场,但是无论是锂电池还是磷酸铁锂电池,性能上仍然存在短板,希望车企在技术上能得到更好的提升。不过车主们也无需过于担忧,冬季保持充电好习惯,合理使用空调设备,现在已经到一月份了,扛扛就过了。 出处:头条号 @言车有徐 read more


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