电动汽车中的固态电池：它们是什么以及它们的作用

固态电池可能最终会说服许多电动汽车怀疑论者大步迈进电动汽车。

电动汽车已经在全球汽车产业中站稳了脚跟。2020年，电动汽车占全球乘用车销量的比例不到5%。2021年，电动汽车市场增长到9%，2022年增长到14%。汽车制造商——无论大小——都在努力追赶并加入电动汽车革命。

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尽管一些汽车制造商仍在追求氢燃料电池电动汽车，但纯电动汽车在今天销售的电动汽车中占据了大部分。到2022年，全球约售出1050万辆电动汽车，其中73%是纯电动汽车，近27%是插电式混合动力汽车。氢燃料可能会复苏，但在可预见的未来，电池可能会成为电动汽车的流行选择。出于这个原因，汽车公司正在大力投资于合作伙伴关系和内部研发项目，以将电动汽车电池技术提升到一个新的水平。

纯电动汽车竞赛的下一个重大突破是固态电池，许多公司都在夜以继日地努力使固态电池成为当今电动汽车电池的可持续、经济的替代品。那么什么是固态电池呢？它与目前的电动汽车电池有何不同？固态电池有什么好处？

什么是固态电动车电池？

固态电动汽车电池是一种使用固体电解质材料在正（阴极）和负（阳极）电极之间传输锂离子的储能装置。根据离子的流动，电能要么被储存（即在电池充电期间），要么被释放（即在电池使用期间）。固体电解质充当传输介质和电极之间的物理分离器。

如今的智能手机、电动工具和电池驱动的电动汽车（混合动力电动汽车(hev)、插电式电动汽车(phev)或纯电动汽车(bev))目前使用的是带有液体电解质（锂盐）溶液的锂离子电池。

固态电池比锂离子电池好吗？

固态电池有巨大的潜力成为目前液体电解质锂离子电池的更好替代品。固态电池有几个重要的优点，即：

♦固态电池有更高的能量密度吗？

今年的一些最新研究发现表明，与传统锂离子电池相比，固态电池的能量密度要高得多。目前，锂离子电池的能量密度可以达到每公斤100到265瓦时(Wh/kg)。另一方面，美国宇航局的最新研究表明，固态电池可以达到500 Wh/kg。

那么，更高的能量密度对电动汽车购买者意味着什么呢？我们可以列出一些小好处（例如，你可以在车里给更多的手机充电，或者开着空调坐在电动汽车里，等等），但最重要的好处是行驶里程更长。电动汽车采用的主要挑战之一是里程焦虑——电动汽车司机担心在车辆到达目的地之前，驱动/牵引电池的电量会耗尽。

截至2023年，美国电动汽车充满电的平均续航里程为291英里。使用固态电池，电动汽车的平均行驶里程可以达到近600英里。丰田的目标是为其未来的电动汽车提供续航里程为900英里的固态电池。

♦固态电池更安全吗？

根据去年2022年发表在《科学》上的一篇研究论文，固态电池通常被认为比传统的锂离子电池更安全。没有挥发性和可燃的液体电解质，固态电池不容易发生火灾和有毒物质泄漏。由锂离子电池热失控引起的电动汽车火灾很难扑灭，特别是因为锂和水结合产生的氢气可能会进一步助长火势。

♦固态电池充电更快吗？

固态电池比传统锂离子电池充电快，原因如下：

目前，大多数电动汽车需要30分钟的充电时间，使用最快的3级直流充电器将电池从10%充电到80%。相比之下，丰田第一代全固态电池的目标是在相同的充电状态下充电10分钟。

♦固态电池能在寒冷天气下工作吗？

多年来，许多电动汽车研究表明，电动汽车在寒冷天气下的性能不佳。其中一些问题包括充电缓慢、行驶功率较弱、行驶里程较短。

一般来说，锂离子电动汽车电池在华氏70度（21.5摄氏度）左右运行最佳，但它们在华氏50到86度（10到30摄氏度）之间仍然可以返回出色的结果。另一方面，固态电池理论上可以在-40到338华氏度（-40到170摄氏度）范围内高效工作。

谁在汽车上使用固态电池?

截至2023年7月，还没有一家汽车制造商发布使用固态电池的量产车型。然而，在2020年，丰田展示了一款搭载固态电池的LQ概念原型车。

争夺电动汽车主导地位的竞争正如火如荼地进行，一些汽车公司正在大力投资开发固态电池，以实现可扩展性、实用性和可负担性。这些公司包括宝马、福特、通用、本田、现代、奔驰、日产、保时捷、Stellantis集团、丰田和大众汽车。

丰田有固态电池吗?

尽管丰田确实为LQ概念车配备了固态电池，但由于成本、重量、续航里程和原材料供应等因素，这些电池和电池组距离大规模生产阶段还很远。然而，去年6月，丰田公布了期待已久的纯电动汽车战略，其中包括非常有前景的全固态电池(assb)发展。

丰田计划在2027年至2028年间推出第一代固态电池，这种电池可以提供大约740英里的行驶里程，从10%充电到80%只需10分钟。第二代ASSB目前正在研究中，预计续航里程将超过900英里。

固态电池的寿命有多长？

目前，许多电动汽车制造商为传统锂离子电池提供8到10年或10万英里的保修。尽管美国联邦法律要求电动汽车电池的保修期至少为8年，但不同汽车公司的保修期可能有所不同。例如，有些公司只有在电池完全失效的情况下才会提供更换电池的费用，但日产、大众和特斯拉等公司在保修期内，如果电池的最大充电容量低于60%至70%，则会履行保修责任。

传统锂离子电动汽车电池的实际使用寿命要比保修期长得多。例如，特斯拉Model 3的电池设计续航时间为10至20年，即30万至50万英里。特斯拉已经表明，它对电池寿命的估计不仅仅是口头上的，因为2008款特斯拉跑车的电动汽车电池在15年后的2023年将达到其使用寿命。

由于固态电动汽车电池技术的新颖性，2021年进行的测试显示，固体电解质太“脆”，无法承受传统锂离子电池可以承受的相同数量的充放电循环。然而，最近的研究表明，固态电池可以续航40万英里。

此外，在此寿命期间，固态电池只有在大约10,000次循环后才会出现明显的退化。相比之下，传统的锂离子电池在循环2000到3000次时开始退化。这意味着固态电池将能够比锂离子电池保持更长的最大充电容量。

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