张抗抗KK 25-08-11 11:41
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#听不懂的汽车黑话# 什么叫半固态电池?大家最怕“半”这个词,因为它有可能鱼龙混珠、混淆概念。就比如说,半固态到底是离液体更近、还是离固态更近? 讲半固态,你是不是在忽悠我?

发表于的文献[1]根据电池中的液态电解质的重量百分比,将锂电池划分为【图1】锂离子电池(LIBs,25%)、半固态电池(Semi-SSBs,10-15%)、准固态电池(Almost-SSBs<5%)和全固态电池(All-SSBs,0%)。

这个定义相对明确,也较为权威。大家不妨就按这个定义来去鉴别。

之前大家听固态比较多,基本上有两个理解: 极致安全 + 极致容量(高能量密度),特别是续航1000公里的美好愿望。那半固态呢? 能安全多少、能量密度能高多少?

先说能量密度 —— 关键不在于电解质,而在于负极材料。

我们回到图1,可以看出,准固态电池在减少液态电解质的同时,负极也换成了锂金属,从而做到能量密度大幅提升。而半固态电池则保留了碳/硅负极,不用推翻原有锂离子电池的工艺体系,很多成熟工艺还能继承下来,所以才能更快落地、成本也更容易控制。

也就是说,半固态电池的能量密度,距离准固态、全固态的差距还是很大的,所以大家不要期望太高,那样失望也更高。尽管负极材料还没变,但固态电解质可以承受更高的电压,因此能兼容高镍、富锂锰等高电压正极材料,也一样能够提升能量密度。

再说安全性,相比传统锂电池那种全液体的电解质结构,半固态电池把液体变稠了,相当于把“电解质水”转化成了“电解质果冻”。这就带来三个直接好处:

- 相对不易泄漏:即使外壳被刺穿,也不会像液态电池那样瞬间流淌出来;
- 反应扩散更慢:高温或穿刺时,不容易引发连锁副反应;
- 结构支撑作用:像胶水一样把内部粘合得更稳,抗穿刺也更强;有一定的阻尼,抗挤压也更强。

前一段MG4发的上汽清陶半固态电池,表演了表演了一下10刺穿刺、三向穿刺也不冒烟。10针不是上限,是电芯就这么大,再加数量就有点密密麻麻了。

锂离子电池和半固态电池比穿刺,注定赢不了。这就像是用努力去挑战天赋,有时候就是这么残酷。

再看第三点,半固态电池有没有弱点?也是有的,就是功率性能变弱,充电放电会变慢。具体来说,有两个主要原因【图5】:

- 离子电导率低:液态电解质像高速公路,锂离子能轻松跑到10⁻² S/cm的速度;而固态电解质就像狭窄山路,速度只有10⁻⁴ S/cm,相差两个数量级。即便往里掺点“液”来拓宽通道,但整体还是被固态部分拖了后腿。理解起来很简单,孙杨在水里游得快,但在果冻里可快不了!

- 界面转换过多: 半固态的结构,其实就是果冻状电解质把一颗颗固体包起来,这就形成了很多“液-固”和“固-固”的界面。锂离子每次迁移都得跨界操作,像不断换乘不同的车道,时间久、效率低,阻力还大。一旦强行快充,不但极化严重,还容易局部过热、长出锂枝晶,最后甚至出现不均匀沉积,埋下安全隐患。

充放电慢也不是不能解决,可以通过一些技术手段来缓解和增强。有很多种技术路线,我们今天就不展开了!图6至图18是深入研究过程中,搜集的一些清晰美观、信息量很大的图,有兴趣的可以自行研究一下。
#多了一半固态的电池好在哪#

发布于 上海