主要的磷酸铁锂电池,以改进材料配方为主,LFP正极用‘硫酸亚铁(FeSO4)’替代原先的‘草酸亚铁(FeC2O4)’……
利用‘硫化物’的最高离子导电率,从而大幅度提高了LFP振实密度。
负极材料采用人工石墨,代替了部分天然石墨……
因为当下的磷酸铁锂电池占据绝对主流,其技术研发主要分为‘结构改良’和‘材料配方改良’两个方向。
宁德改良的主要是以材料为主。
因为电池正极材料,几乎占到成本的40%。
其中的‘草酸亚铁’价格大约是12000块/吨,而工业级的‘硫酸亚铁’只需要800块/吨。
之所以这么便宜,主要是因为‘硫酸亚铁’这玩意是钛白粉的副产物,很便宜的,很多公司出钱请人免费拉走,还有白送的……
用硫酸亚铁代替草酸亚铁,再通过优化合成工艺,几乎能达到相近的性能。
此外,就是占据负极材料20%成本的天然石墨了。
现在国内的电池产业,天然石墨的价格非常昂贵,而高纯度的人造石墨,业内已经有了量产供应,采购成本更低,可以起到替代作用。
宁德的技术方案,主要就是将人造石墨替代了天然石墨的30%占比,实现负极材料成本降低。
当然。
这技术也不是没有缺陷。
就比如说。
工业级的‘硫酸亚铁’的替代方案,之所以目前业内没有被其他电池厂商普遍采用。
主要的问题,在于‘硫酸亚铁’本身杂质太高,采用会导致电芯的导电性能差、循环寿命短。
说白了,就是好看不耐用。
所以宁德采用了更高效的提纯工艺,来进行精准提纯,这是其他电池厂不具备的。
譬如‘预氧化工艺’和‘分级沉淀工艺’,使工业级硫酸亚铁的纯度最高能达到恐怖的99%,完全满足高能量密度磷酸铁锂电芯的需求。
‘……’陈羽叹口气。
国内创业就是这样的,干着干着,发现自己已经跨行了,可你不干吧,也不行,除非未来的‘体感仓’配件全部走采购,被人卡脖子,不然自研是唯一出路。
从企业到国家,都是同理。
为了不被卡脖子,国家走的也是全产业链的路子,这一点殊途同归。
然而。
即便如此,宁德的第三代神行PLUS磷酸铁锂电池,能量密度也只有205Wh/kg。
远远达不到‘体感仓’的要求。
所以。
陈羽看中的,是另一条技术路线。
【全固态电池】
所谓的固态电池,就是通过把液态电解质替换为固态电解池的技术方案,从根本上解决安全问题,并打开通往更高能量密度的大门。
其实目前国家科学院已经有了明确全固态电池技术路线,并将其确认为‘最强未来路径’,在实验室环境中,科学家已经成功制备出了能量密度520Wh/kg的固态电池。
520Wh/kg!!
这个性能!已经接近液态电池的物理极限!差不多是宁德最强电池的两倍还多!
可惜,目前也只是处于实验室阶段。
根本没法量产。
之所以说全固态电池是‘最强未来路径’,得益于这种技术的三大优势——
首先!
固态电池在任何情况下都不会起火和爆炸,安全性吊打所有什么三元锂什么磷酸铁锂!这是物理特性决定的!
其次。
固态电池拥有极致的快充和更长的寿命,几分钟即可完成全量充电,且循环寿命巨长。
众所周知,充电就会放热,液态电池200℃就会失控自然。
而固态电池,尤其是掺杂了氧化物和硫化物的固态电池,400-1000℃才会分解,注意是分解,它只会降低性能,而不会自燃爆炸。
最后。
是低廉的成本,技术成熟后几乎可以使用地球上储量最丰富的元素,如碳、硅、硫等,可以实现大规模普及。
硬要说的话,它还很环保,材料可回收、易回收,生产过程对环境非常友好。
目前,全固态电池也是全球各国绝大多数前沿技术的共同目标。
一旦实现。
将不亚于第四次工业革命!
……
再说回全固态电池……
全固态大致有三种技术路线。
硫化物、氧化物、以及聚合物。
其中硫化物,主要是Li2S-P2S5,被认为是目前全固态的最终最佳技术路线。
这种技术路线,优点是室温离子电导率最高,能达到10?3S/cm级,接近液态。
适合锂金属负极,能量密度理论上能达到500-600Wh/kg,也就是之前提到的科学家在实验室里弄出来的产物。
第二种,是氧化物固态电池。
主要是LLZO等,主要是海外的一些国家级实验室在搞,这种技术方案主要是安全。
它的热稳定性非常强!
耐高性能>1000℃,化学性质非常稳定,不怕水,不怕火,不怕氧化。
而且和现有的液态电池的工业产品线兼容度很高,成本更可控。
唯一的问题是。
啥都好,就是性能不行。
它的离子电导率偏低,只有10?4S/cm级,差不多是上一种‘硫化物固态电池’的1/10。
所以,它的能量密度上限只有350-400Wh/kg。
确实比目前主流的磷酸铁锂电池强点,但强的非常有限。
至于第三种,聚合物。
主要是PEO基的柔性电子,优点是柔韧性好,易加工,成本低,不怕弯曲。
这玩意儿缺点是导电率极低,电化学窗口窄,甚至不到4V,能量密度上限≤300Wh/kg。
比上面那个‘氧化物固态电池’还低……
如此一来。
全球目前的固态电池技术全部陷入了瓶颈,虽然多条线路并行发展,但都有侧重。
摆在科学家面前的核心问题是。
没有任何一种单一技术方案,能在离子导电率、稳定性、加工性、成本等所有关键指标上都做到完美。
矮个子里拔高个。
硫化物固态路线,目前就被公认为是未来国际的终极技术方向,因为它最有可能实现高能量密度的成品。
但它的产业化挑战也是三者中最大的。
所以迄今为止,它还只能躺在实验室里,相较之下,氧化物和聚合物两大路线,则是以其稳定性和工艺优势率先落地。
比如宁德就结合两者推出了‘半固态’电池,只能说,很有想法。
‘……’
陈羽抿了抿嘴。
宝库给他列出来的电池方案,是全固态电池的第四种技术方案——
硫化物的性能+氧化物的安全性+聚合物的低成本和加工工艺,再加上一点卤化物的平衡兼容性……
电池作为现代工业的脉搏,在全产业链中的影响力,足可带动万亿级产业集群迅速发展!
要知道。
继半导体之后,电池技术已经成为了国际公认的第二大核心领域,谁掌握了电池技术,谁就掌握了未来能源和工业的主导权!
别看只是‘体感仓’的一个最基础的前置技术,但电池在现实世界中早已超越了单一产业的范畴……它是重塑全球能源格局、工业体系和地缘政治的核心力量!
而宝库给出的【全固态电池】技术路线,理论上的能量密度能达到2600Wh/kg!!
直接机械飞升了属于是……
毫不夸张的说。
这项技术一旦放出去,绝对会引起国家的高度关注,甚至在国际上引起巨大的惊涛骇浪,其威力,不亚于第四次工业革命!!
“呼……”
陈羽顿了顿,又将目光望向‘体感仓’的第二项前置科技。
芯片……
第240章 电池产业的曙光!刘亚军你记一下,我做如下部署……
如果说全固态电池是第四代工业革命,那么,金刚石芯片就是第四代半导体。
……
目前主流芯片是硅基芯片,工艺很成熟,产业链完善,成本低,12英寸硅晶圆仅需1000,同时可实现3nm以下制程的集成度。
然而。
硅基芯片的物理极限明显。
无法在>150°C的高温环境中工作,对高电压、强辐射环境也不耐受,同时导热率低,导致工业芯片面临严重的散热问题。
在整个工业进程中。
这种主流的硅基芯片,也被称之为第二代半导体。
而第三代半导体,则是碳化硅(SiC)与氮化镓(GaN),其性能优于硅基,且目前已经在电车、快充、基站等领域商用。
缺点也很明显。