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混合锂金属预见动力电池未来

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来源:环球时报汽车周刊

电动汽车发展方兴未艾,在续航里程和安全性尚未达到人们期待的前提下,动力电池有待进一步提升。但科学界普遍认为,目前电动汽车主流的锂离子电池几近到达发展极限,而能有效解决能量密度、体积重量和安全性难题的固态电池有望成为未来电动汽车的“救世主”。但从近几年的发展态势来看,固态电池终归南柯一梦。

“固态电池分为两种,第一种是固态锂离子电池,目前已商业化,但相比锂离子电池(液态),能量密度、生产工艺等并未带来明显提升。第二种是固态锂金属电池,但目前全球很多车企、电池公司和高校都发现,这可能是一个比较遥远的梦。”胡启朝告诉记者。因此,介于锂离子电池和固态锂金属电池之间,兼顾两者优势的混合锂金属电池,如今已被行业界定为较为可行的发展和替代方向。

从产业化来看,锂金属电池可以实现锂离子电池的平滑过渡。“从正极、隔膜原材料,到生产工艺,混合锂金属电池都与锂离子电池保持一致。”胡启朝说,目前,电动汽车主流的磷酸铁锂、三元锂,甚至四元锂等这些正极材料都可以在混合锂金属电池上应用。不仅如此,混合锂金属电池还可以使用现有的电池基础设施和生产工艺进行大规模制造,因此也解决了可制造性问题,降低了生产成本。

而混合锂金属电池与锂离子电池最大的不同在于负极材料,这也是混合锂金属电池的核心。“在混合锂金属电池上,负极由传统的三元锂电池上的石墨,替换成了超宽、超薄的锂金属,这也让混合锂金属电池兼具固态电池的特性,能量密度更高、重量更轻,同时也更安全。”胡启朝称。

也就是说,由于混合锂金属电池是将目前发展应用较为成熟的锂离子电池的正极,以及体现固态电池优势的负极相结合,因此在混合锂金属电池上,未来锂金属负极的开发和进步,将会和目前三元锂、四元锂等正极的提升与进步同步进行,并进一步将两者的优势结合放大。据胡启朝介绍,按照目前负极应用石墨,正极使用从磷酸铁锂到高镍四元材料的锂离子电池看,能量密度可以由200瓦时/千克提升至280瓦时/千克。而当负极换成锂金属,正极依旧采用磷酸铁锂或高镍四元材料,混合锂金属电池则可将能量密度从350瓦时/千克提升至450瓦时/千克。“这种能量密度的提升还不算上正极材料的进步,在常规锂离子电池正极的能量密度、生产工艺,以及成本优化,完全可以平移到锂金属电池上面。”

据胡启朝介绍,混合锂金属电池能量密度的优势,也让其更适合应用于SUV等大型车辆中。目前与SES合作的通用汽车,将会在其2025年推出的新一代悍马纯电动车上使用混合锂金属电池,单次充电续航里程高达500英里(约合805公里)。

作为目前全球唯一一家经过第三方认证的混合锂金属电池制造企业,SES的混合锂金属电池计划在2025年量产上车。在胡启朝看来,从长远来看,未来,混合锂金属电池有望完全替代三元锂电池,成为电动汽车动力电池的主流形式,锂金属电池最后将成为电池的最终形态。

“锂是目前自然界最轻的金属,所以锂金属电池的能量密度最高,续航里程也是最高的。虽然在发展过程中会出现纯固态、混合和液态等不同路线,但电动汽车的最终电池形态应该会是锂金属电池。”胡启朝表示,但在目前混合锂金属电池的发展阶段中,拥有超薄、超宽锂金属负极大批量生产能力的企业尚属空白,而这也是该电池目前产业化的最大难题。