磷酸铁锂这条技术路线上,未来的终极解决方案或许是类似于宁德时代CTC(Cell To Pack,将电芯集成到电池包)技术的电芯结构。宁德时代预计于2025年在车辆上应用CTC技术。即使改变电芯结构后的磷酸铁锂电池能量密度仍有提升空间,但当前三元锂电池的能量密度仍以每年超过10%的增长率提高,等到2025年,采用CTC技术的磷酸铁锂在能量密度上将被三元锂电池甩开一大截。
磷酸铁锂前途未卜,改进三元锂电池材料成为另一条突围路径。当前,LG化学与宁德时代等厂商都在探索超高镍三元锂电池,四元电池及811电池就是这条技术路线的产物。通过提高三元锂电池中镍元素的比例,可以将电池能量密度进一步提升并降低原材料成本。
据前述接近宁德时代人士测算,未来超高镍电池能量密度有望到达350Wh/kg。但在镍含量超过 90% 后,电池的热稳定性会迅速下降,同时容量保持率也开始下降。也就是安全性降低、更容易衰减。
当前,改善高镍三元电池安全性的主要方式是提升其结构稳定性。通过用镁、钛等元素掺杂和金属氧化物的包覆以稳定电池的层结构。但这个解决方案并不完美,掺杂和包覆用量多会很大程度降低材料的容量,过少就不能很好地稳定材料的结构,因此无法从根本上解决高镍三元材料的安全性问题。
在这样的情况下,一个既能保持电芯能量密度又可兼顾安全性的过渡性方案出现了--固混电池。通过将电池中的电解液换成固态电解质与电解液混合的状态,可大幅提升电池的安全性。
据前述人士介绍,当电解液占整体电解质的5%-10%时,动力电池的安全问题可基本解决。但如何提高固混电池的能量密度仍是个难题。“电解液的密度接近水的密度,但固态电解质的密度比电解液大很多,如果在相同体积的电池中加入固态电解质,电池的重量就会增加,同时意味着单位质量的能量密度降低”,他说。
因此,想提升固混电池的能量密度,仍需在正负极材料上做文章。
“当前所有技术路线的终点都是材料问题,我们的终极目标是解决电池材料的问题,如果解决不了就只能从其他方面改进,但改进终究是有极限的”,前述人士说。
下一代电池何时到来?
既然前述的这些电池都没有成为“六边形战士”的潜力,那么谁行呢?
电池能量密度的提升不同于集成电路容量的增长模式,储能电池的能量密度提升是台阶式的,当新的电池材料体系确定时,电池的理论能量密度就已经