日产汽车首次披露全固态电池研发细节(包括制备过程视频)

日产汽车首次披露全固态电池研发细节(包括制备过程视频)

日产全固态电池原型制备过程:

本文转载自IOPLY吴凡科学家工作室
日产汽车首次披露全固态电池研发细节(包括制备过程视频)

2022年4月8日,日产汽车在线上召开了全固态电池技术说明会。会上,日产汽车官方公布了其在全固态电池研发方面的进度、电池样件的性能、制造过程中的重点工艺、全固态电池的未来规划及具体时间节点。日产汽车与美国国家航空航天局、东京工业大学等单位合作,对基于硫化物固态电解质的全固态电池,进行了电池材料选择、固态电池内部反应分析等方面的研究。
日产汽车首次披露全固态电池研发细节(包括制备过程视频)

与使用有机溶剂电解液的液态电池相比,固态电池的优势显而易见,首当其冲的就是可以大幅提升能量密度。以目前的技术水平,特斯拉的4860电池和将能量密度提升至300Wh/kg已属于业界最高水平。而对于固态电池来说,能量密度需突破400Wh/kg。据此次活动上日产高管披露,未来正式量产并投入商业化应用的固态电池会冲击更高能量密度(如下图)。这不仅意味着车辆续航里程的提升,对于同等容量的液态和固态电池组,后者的重量体积将比前者小得多。


日产汽车首次披露全固态电池研发细节(包括制备过程视频)

由于固态电解质在电池反应中较液态电解质副反应少,化学性质更稳定,被认为是解决动力电池安全性问题的方案之一。基于其化学性质稳定的优势,全固态电池的正负极材料选择面更广,能使用高能量密度、易获得、成本更低的材料,最高工作温度也能从液态电解质电池的70℃左右提升到100℃以上,这对提升电池的充电速度有一定的帮助。此外,由于固态电解质的物理和化学特性都比液体稳定的多,因此其运送电荷能力更高,受温度等外界环境影响更小。这也就意味着,搭载全固态电池的纯电车型将在一定程度上解决冬季车辆续航里程下降、高负荷工况过热等长久困扰纯电车的顽疾。不仅如此,随着高压快充补能设施的普及,固态电池稳定的性质也能更大限度的发挥相关设施的性能。按照目前的技术水平,快充设施的平均充电功率在150kW上下,但日产对其固态电池充电设施充电功率的目标值高达350kW。据悉,日产已经完成了1000Wh/L级电极的充放电性能实测,在25℃下能在15分钟时间内从15%充电到80%。由于全固态电池受温度影响较小,这也就避免了液态电池的锂离子在反复充电过程中产生锂枝晶并穿透电池隔膜引发自燃,因此其安全性明显提升。即使如此,由于固态电池的能量密度更高,并且内部的硫化物一旦混入异物或与空气接触,很容易形成硫化氢等剧毒易燃气体,进而引发爆炸。因此,日产方面也坦言在正式投产前,将针对固态电池进行穿刺试验等一系列安全验证。
日产汽车首次披露全固态电池研发细节(包括制备过程视频)
制造难、成本高,全固态电池的两大难题:尽管与传统的液态锂离子电池比,全固态电池的优势相当明显。但日产的技术负责人在此次的技术解析会上坦言,目前全固态电池距大规模量产装车,还有不少技术难题。首先是在技术层面,固态电池需要将多层电芯均匀叠放,一旦每层之间受力不均或没有充分考虑电池充放电引发的体积变化,就会导致电荷局部堆积,严重时可能引发短路。

日产汽车首次披露全固态电池研发细节(包括制备过程视频)

此外,受全球通胀、俄乌冲突持续等外界因素影响,目前用于制造电极的钴等金属材料价格飞涨,这使得固态电池本来就居高不下的制造成本雪上加霜。受此影响,日产目前重要的研究方向就是开发锰等售价较为低廉的代替材料。

2021年底,在日产汽车发布“日产汽车2030愿景”(Nissan Ambition 2030)时,就对固态电池的生产给出了规划。日产汽车计划在2024财年,在日本横滨建造固态电池的试点工厂2028财年推出搭载全固态电池的电动车型,并计划将电池组的成本降至75美元/千瓦时、充电时间缩短至的三分之一。电极材料与固态电解质混合、电芯叠层等固态电池的关键技术,也将在横滨固态电池工厂进行检验和试生产。
日产汽车首次披露全固态电池研发细节(包括制备过程视频)
日产汽车首次披露全固态电池研发细节(包括制备过程视频)

相比于同样致力于固态电池技术的丰田及重多中国车企,日产的规划显得相当激进。不仅直接跳过半固态电池技术,且将不会采用丰田“混动车先行”的保守方案,而是一步到位,直接量产全固态电池的纯电车型,一旦该规划顺利执行落地,日产将从传统车企电动化的跟随者变成引领者。

日产汽车首次披露全固态电池研发细节(包括制备过程视频)

特斯拉4680电池包最新资料


日产汽车首次披露全固态电池研发细节(包括制备过程视频)

黄学杰课题组:高镍层状材料在高温条件下循环引起的裂纹演变过程的原子尺度分析


日产汽车首次披露全固态电池研发细节(包括制备过程视频)

上海交通大学巨永林教授课题组Front. Energy:天然气低温脱除CO2技术综述


日产汽车首次披露全固态电池研发细节(包括制备过程视频)

燕山大学张隆教授Nat. Commun.: 富氯硫化物电解质驱动先进锂基电池界面性能


日产汽车首次披露全固态电池研发细节(包括制备过程视频)

内蒙古大学王勤教授Nano Letters:八面体位掺杂和缺陷工程协同提升尖晶石电催化性能


日产汽车首次披露全固态电池研发细节(包括制备过程视频)

胡良兵教授今日Science:高熵纳米颗粒,在催化、能源领域应用前景巨大!


日产汽车首次披露全固态电池研发细节(包括制备过程视频)

本文由能源学人编辑liuqiwan发布整理,非特别说明为独家版权,转请注明出处:https://nyxr-home.com/81571.html

参考文献: