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电动汽车的发展正在如火如荼地进行。锂离子汽车电池作为最重要的部件之一，其发展对电动汽车的续航能力和安全性起着决定性的作用。最近，我们经常听到一些新电池技术的术语，如固态电池、蜂巢果冻电池、蔚来镍55电池、硅锂掺杂MI和CTP/CTC技术等。

事实上，有这么多技术方向，根本目的是提高电池的能量密度和安全性。在本文中，我们将带您了解与新电池技术相关的知识。

 

新电池技术之路：提高能量密度和安全性

如果一个人去野外探险，他的背包里装满了食物，如何让食物供应持续更长时间？最简单的方法是根据热量和密度尽可能多地包装食物，比如压缩饼干和巧克力。另一个方面是分配袋子的布局，这样你就可以装尽可能多的食物。

工程师们正试图开发新的电池技术，通过使用两种类似的途径来提高电池组的能量密度：增加电池密度和增加系统密度。

 

 

电池密度的增加相当于使食物本身的热量增加；系统密度的增加相当于在背包里携带更多的食物。当然，在提高能源密度的同时，安全始终是首要任务。

在提高电池密度和安全性方面，正在做出哪些努力，出现了哪些新的电池技术？现在让我们结合最近的新闻来谈谈这个问题。

 

让食物更有热量？提高电池能量密度的新电池技术

电池由三部分组成，阴极、阳极和阴极与阳极之间的电解质。在新的电池技术中，能量密度从这三个方面得到了提高。让我们一个接一个地看。

用于阴极的新电池技术——镍55和单晶材料

 

镍55

最近，蔚来发布了100kWh的电池组，这是宁德时代之前宣布的“只有烟不燃”电池，在不改变电池组外壳尺寸的情况下，几乎没有重量增加，能量密度增加了37%，续航里程大大增加。

新型电池的镍55三元电池是提高能量密度的重要因素。它的阴极材料是一种高压单晶材料。什么是单晶？在回答这个问题之前，我们先来看看阴极材料的技术方向。

所谓三元锂电池是指镍、钴和锰（NCM）的正极材料。镍用于增加容量，钴用于稳定结构，锰用于降低成本和提高结构稳定性。镍的比例越高，钴和锰的比例越小，能量密度越高，但安全性越低。

为了提高能量密度，NCM比率从“111（N:C:M=1:1:1）”增加到“523”，然后增加到“811”。这种新的电池技术路线一直是三元正极材料发展的主流方向。

 

单晶材料

新电池技术的相反方向是单晶路径。新发布的电池的阴极使用5系列单晶材料。单晶材料更适合于高电压。

 

 

目前，商业上的三元阴极材料大多是由纳米级初级颗粒团聚形成的约10微米的二次球形多晶材料。多晶和单晶都是二氧化硅，石英砂是多晶材料，玻璃可以被认为是单晶材料。

在多晶NCM中存在大量的晶界。在电池充放电过程中，由于各向异性晶格变化，多晶NCM容易发生晶界开裂，导致二次颗粒破碎、比表面积迅速增加和界面副反应，导致电池阻抗增加，性能迅速下降。

然而，新的电池技术使用的单晶三元材料没有内部晶界，可以有效地处理晶界断裂和性能退化。因此，单晶结构不仅可以实现更高的电压，还可以提高三元材料的循环稳定性，大大提高电池的安全性。

这是阴极材料。现在让我们来看看新的阳极电池技术。

 

用于阳极的新电池技术——硅掺杂和预锂化

近日，据报道，IM Motor和宁德时代正在联合开发一种硅掺杂和预锂化的新电池技术，双方将共享这一新电池技术专利。

IM Motor表示，目前电池的能量密度高于行业领先水平30-40%，最高可实现约1000公里的续航里程、20万公里的衰减，电池将通过电池绝缘阻燃材料配方优化、成组技术和全铸铝电池组外壳封装技术送到您手中，BMS端云协同管理确保了电池的安全。

该电池的能量密度比目前业界领先水平高出30-40%，可实现约1000公里的最大续航里程和20万公里的最大衰减。

该电池将通过优化电池材料配方和绝缘阻燃封装技术，以及全铸铝电池外壳封装技术，结合BMS端云协同管理，实现绝缘阻燃，确保电池安全。

 

“硅掺杂预锂化”电池新技术是什么？

传统锂离子电池的石墨阳极密度较低。为了追求高密度，新型阳极材料硅碳和硅氧成为企业追求的新热点。然而，硅氧将首次具有低效率，并且需要重新填充锂（预锂化）。

 

 

在液体锂离子电池的第一次充放电过程中，电极材料在固液界面上与电解质反应，形成覆盖电极材料表面的钝化层。该钝化层是具有固体电解质特性的界面层，并且是电子绝缘体，但是是Li+的优良导体。

Li+可以通过这个钝化层自由嵌入和释放，因此这种钝化膜被称为“固体电解质界面膜”（简称SEI膜）（阴极上也有膜形成，但目前认为它对电池的影响远小于阳极表面的SEI膜。

硅碳阳极预锂化技术的新电池技术，硅碳阳极上预涂一层锂金属，与阳极紧密接触。在浇注电解质之后，涂层与阳极反应并嵌入阳极颗粒中。

一部分锂离子储存在阳极中，以弥补在第一次充电和放电或循环期间SEI膜的形成或修复所消耗的锂离子。

与阳极预硫的难度大、投资高相比，阴极预硫更简单，典型的阴极预硫是在阳极均化过程中，添加少量高容量阳极材料，在充电过程中，这些丰富的锂电池阳极材料中会出现多余的锂元素，嵌入阴极的不可逆充放电容量首次得到补充。

通过这种复杂的预硫化过程，可以提高阳极材料的密度。目前还不知道IM Motor将使用什么样的新电池技术，但几乎可以肯定的是，IM Motor会使用这种高端锂电池。

最后，考虑电解质，这是电池能量密度增加的最后一个环节。

 

电解质电池新技术——固态电池和果冻电池

固态电池

由大众汽车和比尔·盖茨支持的初创公司QuantumScape于周二推出了其最新的固态电池，并表示将于2024年投产。这种固态电池比传统的锂离子电池有了显著的改进：它们可以将电动汽车的续航里程增加80%。让我们来看看这种新的电池技术是什么以及它们的好处是什么。

在提高电池能量密度的同时，每一种新的电池技术都必须考虑电池的安全性。消除锂离子电池的隐患，根本上在于提高电池材料的安全性。

 

 

但对于阴极材料来说，这两个方面是矛盾的。例如，如前所述，增加镍含量会增加能量密度，但增加镍含量意味着安全性降低。

可以采取哪些措施以其他方式提高电池安全性，从而更安全地提高能量密度？那是你开始考虑电解质的时候。

大量研究表明，液体电解质参与了电池热失控过程中的大部分反应，并大大降低了电池的初始反应温度，即热失控阈值变低。因此，提高电解液安全性是实现电池安全的最有效方法之一。

液体电解质的物理特性使其无法避免泄漏，同时也不利于减少电池体积和提高能量密度。因此，为了提高能量密度和安全性，固体电解质已成为一种趋势。

新型电池技术固态电池是指具有固体电极和电解质的电池。电池内没有液体的固态电池不仅更安全，而且可以在串联和并联后进行组装，从而减少了用于包装和外壳的材料。电池组设计大大简化，也提高了电池组后的能量密度。

与传统的锂离子电池一样，固态电池由阴极、阳极和电解质组成。它的结构比传统的锂离子电池更简单，固体电解质既是电解质又是隔膜。

阴极材料与传统的锂电池没有本质的区别。阳极材料为锂金属阳极材料、碳族阳极材料和氧化物阳极材料。

对于固态电池来说，固态电解质在这一新型电池技术中的研发是最重要的。材料有很多种，包括氧化物、硫化物、聚合物和复合固体电解质。

 

果冻电池

除了正在研究的液态锂电池和固态电池的大规模使用外，一种新的电池技术——一种称为果冻电池的半固态电池——也正在出现。2020年12月，蜂巢率先发布果冻电池并接受预购。

 

 

果冻电池是一种新的电池技术，它使用了一种新型的果冻状电解质，与电极材料的表面非常贴合。它具有自我修复、阻燃和防止热扩散的功能，导电性损失很小。果冻电池是从液体电池向固体电池的过渡。

 

如何包装更多？用于提高系统密度的电池组的新电池技术

除了提高电池的能量密度外，新电池技术提高电池能量密度的一种方法是将更多的电池装入相同尺寸和重量的电池组中。这里简单介绍一下目前比较新的电池组电池技术。

 

用于去除内部包装的新电池技术–（CTP）

通常，电池不仅外部有电池组，内部也有由一组电池组成的“模块”。所谓的CTP新电池技术是去模块化的，电池是直接封装的。

目前，提高能源密度是企业的主要选择。宁德时代、比亚迪、蜂巢推出了去模块化新电池技术。热门比亚迪刀片电池基于磷酸铁锂电池，采用去模块化设计，以提高空间利用率。

 

用于去除内部和外部包装的新电池技术-（CTC）

在特斯拉的电池日上，提出了一种结构电池，该电池直接内置于ca的结构中。这种结构新电池技术类似于宁德时代之前提出的CTC技术，将电池单元和底盘集成在一起，然后通过创新的架构将电机、电控和车辆高压系统集成在一起，并通过智能电源域控制器优化配电，降低能耗。

 

结论

通过以上介绍，相信大家对相关的新型电池技术有了一定的了解。尽管我们仍然需要耐心等待全固态电池的商业化使用，但我们相信，在不久的将来，已经发展起来的新电池技术，如半固态电池、阴极单晶材料和硅掺杂预锂化技术，都可以体验到。