为什么全固态电池不要热管理系统?这一优势会成为固态电池的杀手锏吗?

2019-11-21      2521 次浏览

锂离子电池,通过一定数量串并组合,装配在汽车上,成为动力电源的那一刻,高成本、大体积、高质量、温度适应敏感、热失控安全等问题,就一直困扰着我们。


而全固态电池由于能提供更好的安全、更大的容量、更快的充电,被公认是下一代电池技术路线的发展方向,也成了各大电池产业上下游企业的必争之地:


韩国的三大电池巨头联手;日本23家车企、电池、材料公司、科研院校单位联合;欧美国家相继发布研发规划;德国大众豪掷1亿美元投资电池技术公司——他们纷纷瞄准并积极布局固态电池,并且加速核心技术攻克走向商业化,都是想在未来动力电池市场竟争中抢得先机。


全固态电池让各路英雄竟折腰,其中作为电池的保镖,安全保障、功能保障的热管理系统发展趋势,又该是什么样的景象呢?


丰田提出全固态电池不需要冷却


前期,丰田在各种不同场合,多次阐述其研发的全固态电池特点,除了重要的高安全特性,还解决和满足了长续驶里程需求,快充电特性,同时,还不需要冷却,体积可以缩减一半。(下图为目前应用典型的电池系统冷却板体积)


在早期,丰田执行副总裁勒罗伊(DidierLeroy)这样描述,丰田在固态电池技术的知识产权方面处于领先地位,可以让电池更安全,体积变的更小。


让我们掀开全固态电池关键指标一角,探究一下这些特点的生成原因。


全固态电池耐热特性、低温特性、倍率特性突出


来自KentaroYOSHIDAandKeizoHARADAAll-Solid-StateLithiumBatterieswithWideOperatingTemperatureRangeMitsuyasu对基于硫化物全固态电池做的几项测试(主要针对小容量电池的测试):


高温耐受性测试:电池在高温170℃规定的充放电(Thetestconditionswereaconstantcurrentof0.3mAcharge/discharge,chargedto0.3mAh,anddischargedto3.0V)、循环条件下,可以观察到,容量在高温下,非常稳定,变化很小,也就是说,副反应并没有显著的增加。


低温耐受性测试:电池在低温-40℃规定的充放电(Thetestconditionswereaconstantcurrentof0.02mA,chargedto0.02mAh,anddischargedto3.0V)、循环(试验条件为恒流0.02mA,充至0.02mAh,放电至3.0V)条件下,可以观察到,容量因低温影响,也是非常小的,仍然有很稳定的放出和充入。


上述测试条件,相比现在的商业化动力电池确实还有很大的局限性和差距,但是固态电池从娘胎里带来的优点还是非常明显的,在如此高的温度条件,表现如此稳定,安全性可见一斑。


对于一般液态电解质电池,其策略保护,高温>50℃进入报警状态;70℃进入热失控风险区。低温环境,<0℃限制充电电流。电池在很窄的15~45℃范围内才能稳定的工作。同时,为了保证电池系统的寿命,温差范围要求控制在<5℃。


其实,热管理的作用,首先是保障电池安全,其次才是保障特性功能的最好发挥。如果电池本身在高低温下就很安全。那么,对热管理的需求会相应降低。


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