在新能源汽車迅速普及的今天,電池自燃問題如同懸在行業頭上的達摩克利斯之劍。根據統計,全球電動車火災中,約70%的事故與電池熱失控直接相關,這也讓電池安全成為了制約行業發展的關鍵痛點。而作為下一代動力電池的核心方向,固態電池能否徹底解決自燃問題呢?今天我們就從技術原理、突破進展與現實瓶頸三個維度來進行客觀分析。
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技術原理:
傳統鋰電池的致命弱點在于液態鋰電池內部,液態電解液如同隨身攜帶的“汽油”,一旦電池內部短路,溫度上升就會引發燃燒。同時傳統電池中的鋰枝晶會生長并穿透隔膜造成短路,這也是自燃的重要誘因。而固態電池的安全原理首先是鋰電池內部材料的根本變革,它采用固態電解質替代液態電解液,相當于拿掉了“燃料”。
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除了“防火”之外,固態電池還能治理鋰枝晶這個“隱形殺手”。固態電解質機械強度更高,能像一道堅固屏障,可擋住鋰枝晶的生長。目前國內的中科院團隊采用了“引導+限制”策略,讓鋰枝晶有地兒長還穿不透,部分技術方向還加入了碘離子讓枝晶縫隙自己修復,循環2400次容量仍保持90%以上,確保了性能與安全的平衡。
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現實挑戰:
雖然固態電池的技術方向和實驗室數據讓人充滿期待,但固態電池從樣品到規模化量產,仍面臨多重障礙。首先是固態電解質與電極之間存在“固-固界面”接觸難題,循環過程中易產生縫隙導致性能衰減。有行業測試顯示,全固態電池循環200次后,電極和電解質的界面開裂率能達到37%,這些微裂縫可能引發短路。
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除了界面問題之外,成本也是目前固態電池邁向規模化量產的另一道坎。當前全固態電池成本約4-5元/Wh,是傳統鋰電池的2倍以上。盡管目前太藍新能源等企業通過減材路線降本,規模化效應仍未顯現。另一方面,目前固態電池的技術路線還存在分歧。硫化物電解質導電性強,但遇空氣可能生成有毒硫化氫,生產需全程無水無氧,成本高昂。而氧化物雖然穩定,但低溫下離子傳導慢,影響冬季續航。聚合物體系則存在耐高壓能力不足的問題。
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更為現實的是,電池安全是系統工程。即使電池本體安全,如果電池管理系統跟不上或整車熱管理有漏洞,風險依然存在。此前王朝陽院士團隊的研究更是給行業潑了冷水,帶鋰金屬負極的全固態電池,內部短路后1-3秒就可能起火,比液態電池還快。
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技術博弈:
面對量產挑戰,行業選擇了從半固態向全固態逐步演進的務實漸進式路線,目前,衛藍新能源、清陶能源等企業的半固態電池已實現GWh級量產,搭載車型續航超1000km。而智己L6(參數丨圖片)的半固態電池更經受住了30噸重卡碾壓的嚴苛測試。不過需要注意的是,半固態電池作為過渡方案,一定程度上平衡了安全與成本,但它并非終極解決方案。
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今年5月,中國汽車工程學會發布《全固態電池判定方法》標準,明確規定只有離子傳遞完全通過固體電解質實現的,才能稱為“全固態電池”。目前在全固態賽道上,各國研發也開始加速,寧德時代將量產計劃定于2030年,豐田計劃2027年推出相關車型,而國軒高科已建成首條全固態電池中試線,設計產能達0.2GWh。
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總結:
需要指出的是,固態電池并非一蹴而就的革命,而是逐步迭代的進化過程。可以預見未來兩年,半固態電池將成為過渡主流,進一步緩解用戶對于新能源車在續航與安全方面的焦慮,而全固態電池的大規模量產上車,可能要到2030年才能真正普及。而需注意的是,對于消費者而言,固態電池帶來的不是絕對安全,而是風險的大幅降低。
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