固態電池推廣的最大阻礙,竟然是“安全性”?

極智動力說車 2024-04-13 21:16:59

自從去年豐田把“固態電池”炒熱以後,似乎整個新能源汽車行業都在關注這項被視作是未來電池黑科技的新産品,關于它“超長續航”、“永不自燃”的傳說更是層出不窮,那麽固態電池真的有那麽厲害嗎?

事實上,早在兩年前,就有美國科學家,對固態電池的性能、安全性做了比較全面的分析,由于市面上關于固態電池的性能方面已有過很多介紹,因此這裏咱們就著重來看一看,固態電池在安全性方面的表現。

2022年,美國《科學》雜志上刊登了一篇名爲《固態電池比(液態)锂電池更安全嗎》的論文,來自美國的六位锂電池專家在本文中詳細論證了固態電池的安全性。他們通過一系列的實驗,測試了三種典型的熱失控場景。

第一種常見的測試,就是通過給電池加熱以模擬外部高溫引起電池熱失控的情況,從實際表現來看,全固態電池的熱失控狀態的確優于傳統的液體和半固態電池,這是由于,全固態電池的電解液密度很高且能産生一種隔熱氣體,防止負極锂離子和氧氣的接觸,從而杜絕了電池內部不該存在的一系列化學反應。

而半固態電池由于液體電解液存在于正極間隙,因而在高溫的情況下産生氧氣,而氧氣通過與電解液發生化學反應而産生熱量,進而導致熱失控的情況,不過由于有一部分固態電解液,因而反應並不像全液電解質那樣劇烈。

不過這種直接加熱電池的場景,並不符合大多數情況下,電池熱失控的場景,锂電池真正失控的原因,其實並不是因爲外部溫度高,而是內部不穩定因素導致的,比較典型的代表就是“枝晶”。

所謂的“枝晶”就是指,充電過程中锂離子還原時形成的樹枝狀金屬锂,而這東西也是影響锂電池安全的關鍵因素,因爲锂枝晶的生長,會導致電池電極和電解液的界面變得不穩定,比如固態電池的電解質界面膜會受到破壞,並且這種破壞不可逆轉的,這些晶體不斷沉積,引起短路,帶來熱失控風險。

于是在論文中的另一個實驗“枝晶穿透”中,我們就看到了固態電池所展現出來的“糟糕表現”,一方面,枝晶破壞了所謂的保護屏障,讓固態電池具備和普通電池一樣的自燃風險,其次由于固態電池擁有很高的能量密度,在同等化學反應的條件下,能夠更快産生比普通電池更多的能量,這種巨大的能量很可能會帶來嚴重後果。

換句話講,半固態電池和全固態電池,在這種場景下的安全性低于傳統的液態電池。而這種場景又恰好是大多數電池起火的根本原因。

對于這種來自美國的說法,國內的一些專家也表示了認可,來自武漢大學化學與分子科學學院的艾新平教授就表示:“全固態電池能量密度高、安全性也好的說法,其實是偷換概念。它可能沒有那麽易燃,但是一旦出事故,硫化氫就出來了,不會燒死人但是會把人熏死”。

從這個角度分析,盡管市場上已有不少車企和電池廠家都聲稱要大力發展固態電池,但從實際應用來看,固態電池要想真正被普及,還有很長的路要走。畢竟,一款汽車的電池性能再好,也必須首先解決可靠性的問題,若安全性無法達到標准,商業化自然也將無從談起。

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