电动汽车固态电池之路

电动汽车在全球所有市场的销量继续呈指数级增长，尽管在 由于 COVID-19 大流行的汽车市场。欧洲和中国以1.4MM和1.1MM引领全球市场 2020年新增注册。欧盟的市场份额仍然没有受到大流行的影响，欧洲的市场份额为10% 汽车，电池电动汽车（BEV），插电式混合动力电动汽车（PHEV）或燃料电池 电动汽车。此外，随着全球需求和供应的增加，成本正在下降。

成本限制组件将很快决定大规模采用的时间。对于FCEV，降低成本 氢气从目前的6.50美元/千克降至1.50美元/千克是点燃点。电池成本将加快采用速度 BEV和PHEV，电池组消耗消费者总成本的30%。尽管如此，随着汽车需求 每千瓦时 （kWh） 的成本呈指数级增长，降至 137 美元/千瓦时 2020年底。彭博NEF估计，以100美元/千瓦时的价格，电动汽车的成本将与汽油动力汽车持平。车辆。

虽然氢能和电池汽车之间的争论远未结束，但BEV可能会主导市场 短期内，特别是对于不需要足够大的电池为级别提供动力的轻型车辆 八卡车。但即使在电池领域，最好的电池技术也没有明确的选择。锂离子（Li-ion）主导着市场，但还有其他可行的 - 有些技术上 优越——当今市场上的电池化学成分。

随着锂离子的成本预计很快趋于平稳，创新的机会与替代 化学成分以获得电池细分市场的份额。一种这样的化学物质，固态电池，有望 成为电动汽车电池的领先化学品。本文回顾了固态电池技术和 将其与当今市场上的其他顶级电池技术进行比较。

锂离子电池和领先的替代品

大多数电动汽车电池都是基于锂离子的。作为一种液态技术，锂离子的工作原理是利用锂来携带 电极之间的电荷。为了正确看待电动汽车电池的规模，他们使用了 10，000 次 手机的锂含量，增加了对锂的需求并推高了其商品价格。然而，锂离子电池并非没有挑战，导致电池制造商开发替代品，例如 镍氢 （NMH）、铅酸、超级电容器和固态电池。

锂离子

电动汽车制造商更喜欢锂离子电池技术的最大原因之一是其高 功率质量比。重型组件是续航里程的大敌，因为电池启动时消耗过多的能量和 停止较重的车辆，而不是每次充电行驶更远的距离。此外，锂离子电池 在高温下具有比其替代品更高的能量密度和更好的性能。锂离子的使用 在消费电子行业中，高能量密度是部分原因。

电子设备尺寸的减小以及对每次充电更长工作时间的渴望刺激了创新 此参数。因此，锂离子的能量密度是NMH和铅酸的2.5倍以上。电池。此外，锂离子电池是可回收的，使其成为注重环保的不错选择 消费者。

锂电池由以下部分组成：

• 阴极（由钴、镍或锰制成），用于确定电池的容量和电压
• 使电流流过外部电路的阳极（由石墨或硅制成）
• 由盐和其他添加剂组成的电解质，可将离子从阴极转移到阳极。它 是电池类型的名称（"锂离子"意味着锂以 负离子）
• 防止阳极和阴极直接接触的隔板

虽然锂离子电池是一种低成本和技术优势的解决方案，但对这种电池的需求呈爆炸式增长。再加上影响其原材料的商品通胀提振了成本，使价格停止上涨 继续向下。此外，它确实存在因温度变化过大或急剧而肿胀的风险 撞击，并且由于它是液体，因此在剧烈撞击时可能会泄漏。最后，锂是一种碱金属， 这意味着它具有高度反应性和易燃性。此功能是另一个需要清除的关键安全障碍。

镍氢

虽然锂离子电池是全电动汽车（AEV）的标准，但NMH更适合混合动力电动汽车 （HEV）和插电式混合动力电动汽车（PHEV）。虽然NMH比锂离子或铅酸具有更好的生命周期， 化学反应带来了它的缺点。镍氢电池比镍氢电池便宜 锂离子，但它们在不使用时会经历更高的自放电率。NMH还会产生大量热量 工作范围的较热端。这种多余的热量产生导致范围缩小和寿命缩短 周期。这项技术还存在制造商和消费者必须出现的意外氢气损失风险 监视和控制。

铅酸

虽然铅酸电池在液态选项中的技术表现最接近锂离子，但本质上是 降级为研究或权宜之计。它们表现出较差的低温性能，对其使用具有挑战性 在广泛的全球气候中，它们的寿命很短。虽然消费者不太可能对更换感到热情 30%的EV成本高于预期，该技术补充了素数路径化学物质 安全，廉价，熟练的[短期]中间溶液。

超级电容器

与铅酸电池化学一样，超级电容器也是储能的次要选择。然而，他们的 主要区别在于它们有助于电池平衡其负载，在需要时获取多余的能量或提供能量。这种灵活性在二次储能源中至关重要。

用于BEV的锂离子与固态电解质

鉴于上述比较，液态电解质的明显赢家仍然是锂离子。但这种认识 不是故事的结局;如上所述，由于暴涨，锂离子容易受到更高成本的影响 需求。此外，还有机会改善易燃液体捕获的首要安全问题 火灾。安全是电动汽车激发公众信心的最关键成功标准之一，因此行业 安全监管机构可能会欢迎有机会加强安全功能。

固态电池（由锂金属组成）解决了锂离子电池最紧迫的安全挑战。他们 更稳定，比已经很高的锂离子具有更高的能量密度，来自现成的 材料，并提供更低的可燃性，更快的充电和更扩展的范围。此外， 固体电解质材料改善并扩展了电动汽车电池的性能范围，充电速度更快，并且 使用现成的材料。

大规模采用的障碍

固态是电动汽车电池的未来。然而，现在，大规模采用存在一些障碍： 电池开发人员必须解决。固态电池由于缺乏 大量生产资本。降低成本以鼓励消费者购买至关重要 固态电动汽车。

固体锂电解质材料中存在间隙，在以下情况下会降低电池性能和使用寿命 实施到BEV中。此外，固态电池容易开裂，最好给它们充电 在 140 华氏度下获得最佳性能。

与任何开发材料一样，制造过程的效率至关重要。有 迄今为止，还没有大规模生产的电动汽车固态电池。因此，制造业 缺乏固体电解质材料经验带来的挑战将大大延迟大规模 采用。制造问题也可能导致电动汽车电池厂关闭，从而推迟大部分 公众与新电池的首次互动，影响消费者信心。

从资金的角度来看，通过汽车制造商本身获得当前投资将实现更高的 采用和消费者进入市场。此外，公司正在投资数亿美元 进入该技术，以找到更好的锂离子解决方案并降低固态制造成本。

结论

鉴于固态电池的优势，主要汽车制造商正在将其战略转向这种电解质。 化学。随着固态电池将成为未来电动汽车的标准电解质技术， 丰田宣布，到2030年将投资13.5亿美元用于这种化学反应。此外，包括大众、福特和 宝马是承诺在未来几年为电动汽车提供固态电池的原始设备制造商之一。

固态电池并非没有挑战，解决了液态电池的可燃性安全问题 电池，充电速度更快，并提供更远的行驶里程。获得资本设备，并 增加电池供应将为市场从液体过渡到液体过渡创造滑行路径 固态。行业和消费者都将从这一转变中受益。