新能源电池论文(新能源固态电池技术)

新能源固态电池技术

与传统的锂离子电池相比，固态锂金属电池由于具有高容量、高能量密度和高安全性，在相同的体积内可容纳更多的能量，并且充电时间仅占一小部分。然而，由于高电流密度下锂枝晶Q的形成和穿透，固态锂金属电池的稳定性一直很差。

为了克服这一挑战，哈佛大学教授指导下，博士团队创新地设计了一种具有分级界面稳定性(对理金属响应)层次结构的固态锂金属电池，以实现超高电流密度并防止理枝晶的渗透。论文提出了一种类似于膨胀螺丝效应的机制，即任何裂纹都由动态产生且受到良好约束的的分解产生，且该约束由分解引起的“锚定”效应所产生。

该电池可以在高电流密度(20°C)下充放电循环至少10000次，只需10-20分钟便可以充满电。这种电池技术可以将电动汽车的使用寿命延长到汽油汽车的使用寿命(10-15年)，而无需更换电池。

近年来，新能源 汽车 成为了 汽车 消费市场的新焦点。随着人们对 汽车 需求的加大，燃油成本的不断上升，国家对于碳排放的要求，促使 汽车 提供动力的能源从燃油转换到相对环保友好的电池供能。

作为新能源 汽车 的动力来源，动力电池是新能源车中较为重要的系统，占整车成本30%~40%，这也是与传统燃油 汽车 的标志性部件差异之一。

目前，由于新能源 汽车 偶有安全事故发生，寒冷天气条件下续航里程严重缩短等缺陷，导致消费者对新能源 汽车 的未来心存疑惑，原因主要归结为四点：

1.续航里程

2.安全性

3.充电便利

4.电池回收

所以，新能源 汽车 是因政策而产生的，还是未来代替燃油车、满足消费者需求的产物关键在于能否解决动力电池的问题呢？还需要时间和事实来证明，拭目以待吧。

（一） 铅酸电池

成本低、低温性好、性价比高；能量密度低、寿命短、体积大、安全性差。由于能量密度和使用寿命很低，作为动力的电动 汽车 无法拥有良好的车速和较高的续航里程，一般用于低速车。

（二）镍氢电池

成本低、技术成熟、寿命长、耐用；能量密度低、体积大、电压低、有电池记忆效应。由于其超强耐用性，被丰田混动车型普锐斯长期采用。与锂离子电池相比，电池单体电压仅为1.2v，为锂离子电池的1/3，因此需求电压一定的情况下，镍氢电池体积比锂离子电池大不少。虽然性能优于铅酸电池，但是含有重金属，遗弃后对环境造成污染。

（三）磷酸铁锂离子电池（主流）

磷酸铁锂离子电池热稳定佳、安全、成本低、寿命长；能量密度低、怕低温。热稳定性是动力锂离子电池中最好的。电池温度处于500-600 时，其内部化学成分才开始分解，并且穿刺、短路、高温都不会燃烧或者爆炸。

但能量密度低，导致电池重量更重，体积也更大，车辆续航里程一般。而其最大的痛点在于低温充电问题，当温度低于-5 时，充电效率低，不适合北方在冬天充电的需求。

（四）三元锂离子电池（主流）

三元锂离子电池能量密度高、循环寿命长、不惧低温；高温下稳定不足。能量密度可达最高，但高温性相对较差，关于续航里程有要求的纯电动 汽车 ，其是主流方向，且适合北方天气，低温时电池更加稳定。例如特斯拉公布的Model3，采用了松下的21700型三元圆柱形电池。

缺点就是三元材料的脱氧温度是200 ，并且无法通过针刺实验，表明三元电池在内部短路、电池外壳损坏的情况下，容易引发燃烧、爆炸等安全事故。

三元锂离子电池的“三元”指的是包含镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）或铝（Al）三种金属元素的聚合物，在三元锂离子电池中做正极。三者缺一不可，在电池内部发挥巨大的用途。

能量密度越来越高，充电速度越来越快，安全性越来越强，成本越来越低。

所以动力电池产品类型之后的发展方向将会逐步由半固态电池 固态电池 全锂电池发展。