电动爹为何难伺候?一文了解新能源汽车动力电池技术现状!

 2022-02-25
  
如果有同学看过我们拍的那期《混/电/油600km+高速横评,“想不明白”就来次实测!》的话,应该知道小白在蔚来ES6充电时说了一

如果有同学看过我们拍的那期《混/电/油600km+高速横评,“想不明白”就来次实测!》的话,应该知道小白在蔚来ES6充电时说了一句话,“就让爹先吃着,咱儿子也吃饭去。”

电动爹,电动爹,天下苦续航久矣。

续航焦虑是伴随着新能源汽车开始走入舞台之后,对老司机们的又一磨难。夏季尚且能过,冬季有的车甚至续航直接砍半,让许多第一次购买新能源车的人措手不及。

那这“爹”为什么这么难伺候?根源在于电池,我们日常所说的新能源三大件——“三电系统”,其实电控和电机都已经相当成熟,大几百匹的小型化电机,满足多路况、全地形的电控,都已出现在量产车上,唯一的瓶颈就是电池技术。

哪怕这世界上最聪明的头脑与最有钱的资本家都在死磕电池技术,但它的进展也没有想象中快。

下方表达的内容,主要与电池为什么出现瓶颈有关,深入浅出跟大家分享下电池技术的现状(以商用或者宣布的技术现状为主),包括主机厂都采用了哪些方法去尽量提高车辆续航。没耐心的同学可以空降到最后的总结部分。

1.  为什么都在探索固态电池

核电池的原理是将同位素衰减产生的热能转化为电能,之所以大家都认为核电池约等于“无限续航”,其原因是同位素衰减周期很慢,所以理论上拥有长达数十年的时间。当然,反应堆微型化的技术难点先不说,价格与辐射普通人就已经无法接受。

燃料电池是将燃料具有的化学能转化为电能,目前普遍认为氢是比较合适的燃料,然而因为制氢、储氢以及运氢的成本和技术都还有许多要解决的问题,商用化暂时还不太可能,虽然丰田在该领域深耕多年,2022年北京冬奥会也采用了丰田的氢能车,但这或许只是一种信号,不代表问题已解决。

所以,在未来较长一段时间内,电池依然是我们可以商用且相对清洁的能源。

那么三元锂电池磷酸铁锂电池,以及最近两年很火的固态电池又是什么意思,它们分别代表着什么,又有什么特点?

首先明确一个概念,磷酸铁锂电池和三元锂电池都属于锂离子电池,主要由正负极材料、电解液以及隔膜组成,而磷酸铁锂电池和三元锂电池的主要代表着它们正极材料的不同,正负极材料主要决定了电池的容量,而电解液是锂离子传递的介质。

至于固态电池嘛,主要是“固”在了电解液上,用固态电解质代替电解液和隔膜。这是因为在传统锂离子电池上,电解液实在是太重了,比如奔驰EQC搭载的80kWh电池超过700kg,相比之下,一台V型8缸双涡轮增压的发动机则显得身轻如燕。

那么,固态电池到底有什么优势,能在新能源圈引发如此热度的讨论?

首先是安全方面,因为采用了固态电解质,所以不存在隔膜,也不会存在因为穿刺、过度充放电等情况造车的正负极短路,自燃风险大大降低,哪怕是被针刺的千疮百孔,固态电解质也是“面不改色”;

其次是可以显著提高能量密度,因为液态电解液体积太大,真正参与充放电的锂离子只有总质量的2%。而固态电解质更薄更轻,单位体积下可以放入更多电芯,同时因为固态电解质的“惰性”体质更强,所以也无需大规模的热管理系统。再者,由于没有废液,固态电池在回收时也更加简单。

那么固态电池既然一身都是优点,为何动力电池从一开始就不用固态电池呢?

主要还是成本与大功率应用场景问题。成本自不用说,固态电池的生产要比锂离子电池复杂很多,比如我们都知道锂离子电池的性能优于铅酸电池,但市场上大多低端电动车、两轮电动车以及老头乐都是用的铅酸电池,主要的原因就是足够便宜。

至于大功率的应用问题,主要还存在于阻抗以及电子流动性问题,前者的问题在于锂电池负极在长久的充放电过程会析出枝晶,而这些枝晶在液态电解质中非常烦人,它们堆积到一定程度后会刺破隔膜造成正负极短路从而引发危险,虽然固态电解质可以有效隔绝枝晶刺破隔膜的问题,但并不能阻止枝晶堆积,长此以往也会出现死锂,从而降低电池容量。

电子流动性的问题则主要是因为锂离子在固态电解质中流动会相比液态电解质更加困难,原先是从液态这头到液体那头,现在需要穿越一片固体物质。这也是目前固态电池遇到的最大难点,大电流充、放电能力不足,而高功率放电、高功率充电又是未来电动车不可或缺的。

但综合来说,固态电解质相比液态的优点依然相当明显,相比起刚刚提到的两个缺点,高能量密度和安全性、稳定性是如今电动车发展更需要的部分。

至于蔚来在ET7的发布会上提到的固态电池,并非纯固态电池,不过蔚来一直没有提到电解液的量,也没公布70KWh和100KWh的车能否升级?价格是多少?至于承诺的今年能否交付,只有蔚来自己知道。

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